第二十章 能源、材料与社会教案 2023-2024学年度沪科版物理九年级上册

第二十章　能源、材料与社会
全章概述
教学 内容 第一节　能量的转化与守恒 第二节　能源的开发和利用 第三节　材料的开发和利用
教学 目标 1.了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 2.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。 3.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。 4.列举常见的不可再生能源和可再生能源。 5.知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。 6.从能源开发与利用的角度例会可持续发展的重要性。 7.结合实例，尝试分析能源的开发与利用对社会发展的影响。 8.结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响。 9.了解我国科技发展的成就，增强科技强国的责任感和使命感。
教材 分析 　　本章内容具有较强的综合性,内容涉及能源的开发和环境保护,材料的开发和利用,都是关系到人类生存与发展的重大社会问题,让学生在学习知识的同时学会关注自然、关注社会。这部分内容对于学生树立科学的世界观、联系生活生产实际、形成可持续发展的意识及进一步学习其他科学技术,都是十分重要的。
学情 分析 1.由于学生在前面学习中对机械能、电磁能和内能有了较深刻的理解,教学时可以从这些入手,再扩展到化学能、核能。然后通过列举生活中能量转化与守恒的实例,进行分析讨论,让学生理解能量守恒定律,引导学生尊重科学,明白永动机永远制造不出来。 2.能源的开发和利用一节涉及的面比较广,学生有了简单的认知,所以教学时,可以安排学生阅读相关资料,充分利用视频、图片等方式,通过比较的方式介绍常规能源与新能源。 3.由于学生对纳米材料、绝缘体等材料有了基本的认识,学习材料的开发与利用一节时,建议在引导学生进行实验的基础上,渗透环保意识的培养。
本章 架构
第一、二、三节　能量的转化与守恒
能源的开发和利用　材料的开发和利用
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.了解能量及其存在的不同形式;通过实验认识能量可以从一个物体转移到另一个物体,不同形式的能量可以互相转化。
2.知道能量守恒定律;知道能量的转化和转移有一定的方向性;有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
3.知道能源的分类;能列举常见的不可再生能源和可再生能源。
4.知道核能等新能源的特点和可能带来的问题。
5.了解一些新材料的特点及其应用;了解新材料的发展给人类生活和社会发展带来的影响。
重点:知道能量守恒定律;知道能量的转化和转移有一定的方向性;有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
难点:能源的利用与可持续发展的关系。
【新课导入】
图片导入
我们知道给自行车打气时,机械能转化为内能,打气筒会发热;安装暖气的室内,温暖而舒适,这是通过热量传递使室内内能增加,温度升高。这些实例中,物体的内能为什么增加了 是凭空产生的还是由其他形式能转化来的 这就是今天要学习的内容。
情境导入
准备电池、开关、导线、铁钉、铜丝、橡皮、小灯泡等,连成如图所示的电路。
闭合开关,将夹子接触,观察到小灯泡发光。然后断开开关,在A,B两点间分别接入铁钉、铜丝、橡皮,闭合开关后,哪些物体能使小灯泡发光 它们是由什么材料构成的
【课堂探究】
1.能量的转化与守恒
我们生活在一个复杂而多变的世界中,　物质　、　能量　、　信息　是构成世界的基本要素。能量无处不在,能量转化无时不有。那么请思考:
(1)常见的能量有哪些形式呢
(2)能量的转化是如何实现的
(3)能量转化遵循什么规律呢
(4)能量会被永久地利用吗
(1)多种形式的能量
能量形式 定义 实例
机械能 机械能是与物体的运动或位置的高度、形变相关的能量,表现为动能和势能 流动的河水、被拉开的弓等
内能 内能是物体内分子无规则运动的动能以及分子势能的总和 一切由分子构成的物质
电能 电能是与电有关的能量 电器设备所消耗的能量都是电能
电磁能 电磁能是以各种各样的电磁波的形式传播的能量 可见光、紫外线、微波和红外线等
化学能 　化学能是由于化学反应而产生的能量 　食物、燃料等都储存有化学能
核能 　核能是由于核反应,物质的原子结构发生变化而释放的能量 　核潜艇、核电站、核武器等
(2)能量之间的转化
阅读教材194~195页,讨论能量是如何转化的,以及转化时遵守什么规律完成下列问题
①实例分析
a.汽艇在海上行驶——　化学能转化为机械能　。
b.用电照明——　电能转化为光能(电磁能)　。
c.篝火燃烧——　化学能转化为内能和光能　。
②能量转化与守恒定律
能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式　转化　为其他形式,或者从一个物体　转移　到其他物体,而能的总量保持不变。
③能量转化与转移的方向性
人们为了满足生产对动力日益增多的需要,幻想制造一种机器,它不需要任何动力和燃料,却能不断地对外做功,这种机器称为“第一类永动机”。
你认为这样的永动机可以制造成功吗
　不可以,因为能量转化与转移是有方向性的,它违反了能量的转化与守恒定律　。
2.能源的开发与利用
阅读教材198~203页,讨论归纳自然界的能源有哪几类,它们的区别是什么 完成下列问题。
(1)自然界的能源及分类
①可再生能源和不可再生能源
　可再生能源　:像太阳能、风能、水能以及动、植物等这类可以长期提供或可以再生的能属于可再生能源。
　不可再生能源　:而像煤、石油、天然气和铀矿这类化石或矿物能,一旦消耗就很难再生的能源就是不可再生能源。
②常规能源和新能源
　常规能源　:像煤、石油、天然气等人类已经使用多年的能源叫做常规能源。
　新能源　:像太阳能、核能、地热能、潮汐能等人类最近才开始开发使用的能源叫做新能源。
(2)能源的开发和利用
能源利用的进步导致了人类文明的跃进。
　煤　的使用带来了人类历史上的第一次工业革命;　电能　的使用带来了人类历史上的第二次工业革命。
(3)开发新能源
太阳能是取之不尽,用之不竭的天然能源,而且是一种“清洁”的能源,不会带来环境污染问题。阅读教材200~203页,现在已开发了哪几种新能源
①太阳能
目前利用太阳能有两种方式:利用太阳能加热(如太阳能热水器)、利用太阳能发电(太阳能电池)。
②核能
核能的开发和利用有两种方法:一种是利用　核裂变　释放能量,另一种是利用　核聚变　释放能量。目前建成的核电站是利用　核裂变　发电的。
③其他新能源
比如　地热能　、　潮汐能　、　风能　。
3.材料的开发和利用
阅读教材205~209页,讨论归纳材料的导电性的特点是什么 新开发的材料有哪几种,分别有什么特点
(1)材料的导电性
①根据材料的导电性,材料可分为　导体　、　半导体　、　绝缘体　三大类。
②半导体材料可以制成　二极管　、　三极管　、和　集成电路　。半导体二极管具有　单向导电性　,三极管可以　放大电信号　。
(2)开发新材料
①超导材料
超导材料具有两个特性:　电阻为零　、　超导磁浮　。
②纳米材料
纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在　1~100 nm　范围内的材料。1 nm=　10-9　m。
1.2021年10月16日,中国神舟十三号载人飞船成功发射,与中国空间站“天和”核心舱顺利对接。航天员的太空授课信号是通过　电磁波　传送的,空间站的太阳能电池板是将太阳能转化成　电　能的装置。
2.我国在石墨烯应用方面的研究成果之一是制成光学调制器,其传递速度比铜导线快约千倍,这说明石墨烯具有良好的　导电　(选填“导电”或“绝缘”)性。
3.纳米材料是由纳米颗粒经过特殊工艺制造而成的,室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂,这一实例表明纳米铜具有较好的　延展性　(选填“延展性”或“磁性”),LED灯是一种新型的高效节能光源,其核心元件是发光二极管,它是用　半导体　材料制成的。
4.如图所示的是某市安装的一种太阳能路灯,太阳能电池板将太阳能转化为　电　能提供给路灯,太阳能属于　可再生　(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
5.利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车,如图所示为“并联混合动力型汽车”的原理图,这种汽车在制动减速时,电动机的飞轮与汽车轮子摩擦,电动机作为发电机使用,把动能转化成了　电　能,实现了对电池的充电,混合动力型汽车节约了汽油,减少了尾气排放,是节约能源的一种可行的办法。
6.能源家族中,有石油、风能、水能、核能、太阳能等,属于不可再生能源的有　石油、核能　;电能可以使电动机转动,电能转化为机械能和　内　能,但这些能量却无法自动转化为电能,该现象说明能量转化是有　方向性　的。核能是目前被广泛应用的新能源,我国已建成十余座核电站,它们是利用　核裂变　(选填“核裂变”或“核聚变”)反应所释放的能量来发电的。
　　
新材料
新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。主要有:特种金属功能材料,如高纯金属及靶材、稀贵金属、储能材料、新型半导体材料、新一代非晶材料、精细合金、稀土永磁、发光等功能材料等;高端金属结构材料,重点研制高温合金及耐蚀合金、耐蚀钢、特种不锈钢、工模具钢、轴承钢、齿轮钢,轨道交通用铝合金、特种镁合金及钛合金等产品标准,进一步完善金属材料超声探伤、无损检测、力学实验等配套基础和方法标准等;先进高分子材料,如丁基橡胶等特种橡胶及专用助剂、聚酰胺等工程塑料及制品、电池隔膜、光学功能薄膜、特种分离膜及组件、环境友好型涂料以及功能性化学品等;新型无机非金属材料,如电光陶瓷、压电陶瓷、碳化硅陶瓷等先进陶瓷,微晶玻璃、高纯石英玻璃及专用原料,闪烁晶体、激光晶体等;高性能复合材料,如碳纤维、玄武岩纤维、树脂基、陶瓷基复合材料、高端玻璃增强纤维等;前沿新材料,如纳米粉体材料、石墨烯、超导材料及原料、生物材料及制品、智能材料等。