第二十章 能源、材料与社会（全章课件）(共52张PPT)2023-2024学年度沪科版物理九年级全一册

(共52张PPT)
第二十章 能源、材料与社会
第二十章 能源、 材料与社会
课程讲授
新课导入
课堂小结
我们一起来闯关
知道能量的转化与守恒。
01
了解能量的转化与守恒。
02
03
了解材料的开发和利用。
素养目标
你能说出下列物体所具有的能量吗？
新课导入
一、多种形式的能量
1.能量的表现形式
课程讲授
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2.自然界的能量类别
　　木材燃烧时产生光和热就来源于木材里储存的化学能。人体运动所消耗的能量都来源于食物里储存的化学能。
机械能、电磁能、内能、化学能、核能等
①化学能:
　　发生化学反应时，由于物质的分子结构变化而产生的能量
课程讲授
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②核能
　　由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量
课程讲授
新课推进
二、能量的转移与转化
1.各种形式的能量是可以相互转化的
内能
电能
机械能
火力发电机
电　炉
电动机
风力发电机
火箭发动机
摩擦生热
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转移
转化
它们的能量如何转化？
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它的能量如何转化？
化学能
电能
机械能
声能
光能
转化
转化
能量的转化与守恒
课程讲授
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1.能量守恒定律
三、能量守恒定律
大量的研究表明：自然界的能量是守恒的
能量守恒定律:能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。
课程讲授
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1.电风扇工作时，消耗的电能与电动机获得的机械能相等吗？
2.掉在地上的弹性小球为什么越跳越低
讨论：
课程讲授
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“既要马儿跑，又要马儿不吃草。”你认为这可能
吗？为什么？
这个“永动机”能旋转不息吗？
永动机的设计图
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1.“永动机” ：不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器。
2.由能量守恒定律知：无法实现。
3.工程技术的任务，在于设法找出合理利用能源的途径，并减少机器运转过程中不必要的能量损耗，而不是去研制永远无法实现的“永动机”。
无法实现的“永动机”
课程讲授
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能量的转移和转化的方向性
1.热量只能从温度高的物体传向温度低的物体或从高温部分传向低温部分。
2.当重力势能转化为内能为自发时，内能转化为重力势能就不可能为自发。
课程讲授
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能源的概念
像煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等能够提供能量的物质资源，我们把它们都叫作能源。
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可再生能源
你还知道人类已经利用的其他能源吗？
风能、水能、太阳能、生物能等
煤、石油、天然气、核能等
不可再生能源
课程讲授
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按来源划分:一次能源和二次能源
一次能源是自然界直接提供的能源。
由自然界提供的能源转化而来的能源是二次能源。
风能、汽油、沼气分别属于什么能源呢
课程讲授
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火
畜力、水力
现在的各种能源
能源的开发和利用与社会发展的关系
利用资源的种类
少
多
利用资源的规模
小
大
社会发展水平
低
高
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面对日趋严重的能源危机，我们既要_____________，
又要_____________。
树立节能观
开发新能源
能源危机日趋严重
怎么办？
哪些新能源具有广阔的前景？
开发新能源
课程讲授
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太阳能的开发和利用
太阳深处的极高温度是1500万℃和极高压力约2×1016Pa，据粗略估计，太阳向地球表面辐射的功率为8.1×1014 kW相当于3.5万倍标准煤释放的能量。
看了数据再请同学们计算一下：太阳每小时辐射到地球的总能量有多少 ？
W=Pt=8.1×1017W×3600s=2.92×1021J
太阳能十分巨大。
课程讲授
新课推进
请同学们计算一下：
太阳能以光和热的形式向四周辐射，那么它的光和热到达地球上要经过多长时间？
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地球每小时从太阳获得的太阳能量有2.92×1021焦，这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多，可见太阳能有多么巨大．
那么太阳能会不会用完呢？根据科学家推算，太阳像现在这样不停地向外辐射能量，还可以维持50亿年以上，对于人类来说，太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源。
太阳能供应时间长久。
课程讲授
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我们到哪里去取太阳能？怎样获取呢？（只要太阳能照到的地方，就有太阳能，不用专门去寻找；只要用东西接收就行了，不需要挖掘开采）
太阳能分布广阔，获取方便。
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太阳能储热
太阳能热水器、太阳能灶等
太阳能转变为热能
课程讲授
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太阳能直接发电
太阳能电池、太阳能汽车等
太阳能转化为电能
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既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推
广、大范围应用呢？目前还有些技术问题没有解决广泛利用太阳能的困难
1.太阳能虽然十分巨大，但它太分散
2.太阳能不稳定，不能正常使用
3.目前太阳能转换器的效率不高
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太阳能的开发和利用
优点：能量巨大、供应时间长、分布广泛获取方便、无污染、安全经济。
缺点：能量分散、间断、不稳定。
太阳能的特点
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沼气能源
我国农村3/4人口使用草木燃料，造成了土壤肥力的下降，水土流失、土壤沙化等生态平衡被破坏的现象，而且是对能源的极大浪费。
将人畜排泄物和作物秸秆等混合物投入沼气池内进行微生物发酵。可得到燃烧值高的沼气和有机肥料。
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地热能
地热
地球内部具有的热能称为地热能，是地球本身蕴藏的能量。
应用形式：地下热水、地热蒸汽。
应用范围：发电、洗浴、取暖、灌溉等。
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潮汐能
潮汐能是由于地球和月球、太阳相互作用产生的能量。
涨潮时
退潮时
潮汐电站工作原理
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秦山核电站
核能
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实物图 材料 灯的亮暗 结论
塑 料
铜 铁 竹条 铅笔芯（石墨） 亮
不亮
不亮
亮
亮
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根据材料的导电性能：材料可分为
1.导体：容易导电的材料
2.绝缘体：不容易导电的材料
3.半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间
的材料
课程讲授
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容易导电的材料是导体
不容易导电的材料是绝缘体
半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件
和集成电路
半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可以用来放大电信号
课程讲授
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半导体
1.半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质。
2.半导体材料有硅、锗和砷化镓等。
课程讲授
新课推进
实物图 操作 现象 结论
发光二极管 A接正B接负
A接负B接正 实验探究：发光二极管的独特功能
二极
管发
光
二极
管不
发光
发光
二极
管具
有单
向导
电性
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新课推进
其中有一种性能较好的材料叫超导材料
为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。
1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻值突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。
一、超导材料
探索新材料
课程讲授
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超导体
1.超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫作超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。
2.转变温度TC ：材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫作超导材料的转变温度。
3.超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性
课程讲授
新课推进
　　超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。
很细的超导丝就可以输送强大的电流
课程讲授
新课推进
超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。
　　超导磁浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的安全性能和运行速度。
课程讲授
新课推进
2.1nm小到什么程度？(10个原子紧密排布的长度，大约是一根头发直径的1%)
3.纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。
纳米材料
1.纳米是一个长度单位：1nm=10-9m
课程讲授
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4.纳米材料
纳米颗粒材料
碳纳米管
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纳米超晶格
想象中的纳米“机器人”
计算机芯片中的纳米导线
课程讲授
新课推进
能源、材料与社会
能量的转化与守恒
能源的开发与利用
课堂小结
多种形式的能量
能量的转移与转化
能量守恒定律
能源与社会：可再生能源与不可生能源
能源与环境
开发新能源：太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能
材料的开发与利用
材料与社会
材料的导电性：导体、绝缘体和半导体
开发新材料：超导材料和纳米材料
1.下列做法属于能量转化的是（ ）
A.人烤火取暖
B.划火柴点火
C.用热水袋取暖
D.用煤气炉给一壶水加热
B
我们一起来闯关
2.分析各现象中能的转化或转移
（机械能→内能）
（内能→机械能）
（机械能→电能）
（电能→机械能）
（电能→内能 光能）
（化学能→内能）
（光能→化学能）
（原子核能→内能→电能）
（机械能→内能）
（电能→化学能）
（化学能→内能）
（机械能→电能→内能 光能）
锯木头，锯条发热
气体膨胀做功，温度降低
水轮机带动发电机发电
电动机带动水泵转动
电流通过灯丝使灯丝发光
煤燃烧
光合作用
原子能发电
压缩气体做功
给蓄电池充电
木材燃烧
手摇发电机发电使灯泡发光
我们一起来闯关
3.能源问题是现代社会发展的三大要素之一,在能源家
族中:⑴柴薪、⑵煤炭、⑶石油、⑷天然气、⑸水能、
⑹风能、⑺太阳能、⑻地热能等,在大量消耗各种能源
时,会造成空气污染的有______________;会造成水
土流失和沙漠化的是_____(填序号)。
⑴ ⑵ ⑶ ⑷
⑴
我们一起来闯关
4.汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地
面、空气的______能，这些能量不能自动地用来
再次开动汽车，这说明能量的转化、转移具有
______________。
内
方向性
我们一起来闯关
6.1933年迈斯纳和奥森菲尔德在实验时发现了
现象。
7.纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在
范围的材料，这大约相当于10～1000
个原子紧密排列在一起的尺度
5.超导材料是一种 为零的材料。
超导体的电阻变为零时的温度，叫作这种物质的
___ 温度或 _ __ 温度，用 __ 表示。
电阻
超导转变
超导临界
TC
超导磁浮
1～100nm
我们一起来闯关
8.超导输电线利用了超导体 的
特点，其优点是输电线上无 损失。
9. 现象使人们想到可以用
超导体来实现交通工具的无摩擦运行，从
而提高交通运输的速度和安全性能。
电阻为零
电能
超导磁浮
我们一起来闯关
10.波浪蕴含着巨大的能量，如果将波浪具有的能量
充分利用，将会节省大量的煤炭、石油等资源。波
浪具有能量，它属于 能源（选填“可再生”
或“不可再生”）。波浪发电装置如图，它将波浪
具有的 能转化成电能。
可再生
机械
我们一起来闯关
11.激光指示器，又称为激光笔．恶意使用是极为危
险的，会造成暂时性甚至永久性视力损伤．其核心
部件发光二极管的材料是 （　　）
A．半导体材料 B．超导体材料
C．纳米材料 D．复合材料
A
我们一起来闯关