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第二十二章 能源与可持续发展
第2节 核能
第2节 核能
课题
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 本节内容由“核能”、“裂变”和“聚变”三部分构成。本节重点是核能的由来及其优点和可能带来的问题，难点是裂变和聚变。学生对裂变、聚变、链式反应等概念比较陌生，教学中应以讲授为主，但不宜过深，建议教师通过挂图展示和类比火柴燃烧实验讲解核裂变的原理，再通过挂图和氢弹爆炸等资料了解核聚变的知识。最后，组织学生阅读“ST$核电站和核废料处理”。
2.学习者分析 学生在之前的物理课、化学课的学习中已经对原子的结构有所了解。部分学生可能通过媒体对核电及核武器有一点了解。学生对核能利用是比较感兴趣的，课本对相关知识描述的也较为详细，但学生对原子结构、核能释放等很难有感性认识。
3.学习目标确定 1.通过了解原子和原子核的组成，知道原子核分裂或聚变时所释放的巨大能量。 2.通过学习理解裂变和聚变的原理，知道它们在核能释放中的作用。 3.通过探讨核能的和平利用，理解其在现代社会的重要性和潜在的危险。
4.学习评价设计 学习评价自我评价表项目评价内容掌握情况很好一般不好科学知识1了解核能的基本概念、特点及其在现代社会中的应用。理解核裂变和核聚变的基本原理，知道实现核能释放的两种方式。2掌握核能利用中的安全问题和防护措施。学科能力通过观察、实验和讨论，探究核能释放的基本过程和条件。培养分析问题和解决问题的能力，以及科学探究的精神。科学态度认识到核能在解决能源问题中的重要作用，以及核能利用的安全性和可持续性。小组评价表评价内容得分标准成员一成员二成员 三团队精神5分：能高效分工合作完成任务 3分：重大问题能有效沟通 1分：各自独立，不能完成任务实施能力5分：能准确设计详细的实验过程和所用实验道具。 3分：能设计出大概方框架，但不够准确和详细。 1分：不能设计出任何过程和方案。结果展示能力5分：小组完成任务并解答正确。 3分：小组 任务，但解答部分正确，部分错误。 1分：小组完成任务，但解答全部不正确。总分
5.学习活动设计
教师活动 学生活动 设计意图/学习评价
任务一：创设情境
观看原子弹爆炸视频 原子核在发生变化时，会释放出巨大的能量，那么你了解原子的结构吗﹖核能是如何产生的呢 通过本节课的学习，你就能找到答案了。 观看视频思考问题 通过直接的视觉冲击感受核能的能量巨大，进而产生对核能的好奇。
任务二：核能
分子是由原子组成的，那么，原子是由什么组成的呢？ 1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出“电子云模型”。该模型中， 电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运行没有固定的规律，电子分层排布，接近现代人类对原子结构的认识。 提问：原子核还能再分吗？ 原子核 质子 原子 中子 电子 原子核，简称“核”，位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。原子核带正电（即质子所带的正电），中子不带电。 质子（带正电） 原子核（带正电） 中子（不带电） 原子的组成及带电情况是怎样的？ 原子核极小，它的直径在10-16m～10-14m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.95％以上原子的质量。 核能：质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。 提问：核能的释放方式有哪些？ 学生 、讨论。 学生观看资料和图片，了解人们对原子内部结构的研究。 学生思考、讨论。 学生观看知识结构，知道原子的结构组成。 学生观看知识结构，知道原子核的结构情况。 学生思考、讨论，并尝试回答。 学生理解原子核内集中了大部分质量。 学生理解核能的概念。 学生讨论、回答：释放核能的方式有核裂变和核聚变。 通过物理学家研究的历史与结论，引导学生感知随着历史的发展，人们对原子内部结构的研究逐步深入。 通过分析原子内部结构，了解原子和原子核的结构组成。 通过提问引导学生了解原子的组成及带电情况。 引导学生结合前面已学知识，理解核能的概念；并通过提问，引导学生查找释放核能的方式有哪些。
任务三： 裂变
展示核裂变的资料：1934～1938年间，科学家利用中子轰击质量较大的铀235，使其裂变成两个质量较小的原子核，同时释放出2～3个新的中子。 提问：铀235只有在中子的轰击下才能发生裂变且释放出核能，那么是不是要不断地从外界提供中子才能使反应不断进行呢？ 实验：利用火柴模拟链式反应。 提问：如果去掉其中火柴（1），火柴（2）（3）会燃烧吗？ 展示链式反应原理的挂图或动画。 播放纪录片：广岛原子弹爆炸。链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放巨大的能量，产生极大的破坏性，就如前面所见的原子弹。 学生观看核裂变的资料，了解核裂变放出能量的过程。 学生根据刚才裂变的资料，知道在铀235裂变时就会释放出中子，所以在裂变的过程中，不需外界不断地提供中子。 学生观看、讨论，并回答：抽掉其中一根火柴，其后面的火柴就不会燃烧。会使燃烧火柴的数量减少。 学生观看原子弹爆炸产生的危害，感受核能的巨大威力。 通过引导学生观看核裂变的资料，并思考回答问题，成功利用类比的方法来模拟研究核裂变过程。 通过实验：利用火柴模拟链式反应。形象生动地演示了链式反应的原理，从而更方便学生学习，降低理解成本。 通过视频演示纪录片，让学生直观感受核能的巨大威力。
任务四：聚变
质量较大的铀235可以裂变成质量较小的原子核，那么质量较小的核能不能聚合成质量较大的核呢？ 展示“氘和氚在超高温下结合成新的原子核──氦核”的聚变图。 轻核的聚变：将质量较小的原子核结合成新的原子核也会放出大量的能量，这就是聚变。 展示“氢弹”的图片。氢弹就是利用氢核的聚变，在瞬间释放出大量的能量。 核聚变人类暂时还没有实现可控，只能制造核武器——氢弹，展示视频：我国第一颗氢弹爆炸。 思考：核能的利用有哪些利与弊？ 利：不造成空气污染、不排放CO2、消耗核能源少、发电成本低 弊：产生放射性废料、排热量大、建厂成本大、核泄漏污染大 学生思考、讨论，并回答：能。 学生观看“氘和氚在超高温下结合成新的原子核──氦核”的聚变图，了解轻核聚变的知识。 学生理解核聚变的概念。 学生观看图片或视频，了解氢弹就是利用氢核的聚变释放的能量。 通过引导学生逆向思考，提出核聚变的可能性。培养学生逆向思维的能力。 结合案例图示，直观讲解聚变的概念，帮助学生对抽象知识的理解。 通过氢弹的展示，增加学生对氢弹爆炸的了解，同时对学生进行爱国主义教育。 介绍人类历史上仅有的三次核事故，向学生说明核电站是安全的，应大力发展核能发电。
任务五：总结反思
通过本节课的学习，你学到了什么？你还有什么问题？ 归纳本课所学 培养学生总结归纳的能力。
6.板书设计 第2节 核能 一、原子结构 原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子组成 二、核能 质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就可能释放出惊人的能量，这种能量被称为核能 三、裂变 （1）裂变：质量较大的原子变成两个质量中等大小的原子核的过程 （2）链式反应：使很多个铀核在极短的时间内相继裂变，叫链式反应 （3）应用：核电站（可控制）、原子弹（不可控制） 四、聚变 （1）质量较小的原子核在超高温下结合成新的原子核的过程，释放出更加巨大的能量。 （2）应用：氢弹。 五、核电站 （1）核反应堆：控制核裂变反应的中子数量，使链式反应连续、缓慢地进行，核能得以平稳释放。 （2）防护措施：防止核泄漏：处理核废料。 （3）能量转化：核能→内能→机械能→电能
7.作业与拓展学习设计 1.【例题1】物质是由分子或原子组成的，______的发现，说明原子是可以再分的；原子是由原子核和核外________组成的，原子核由质子和______组成。如图所示，是不同科学家提出的原子模型，其中_______（选填“A”或“B”）是卢瑟福提出的原子核结构模型。 【答案】电子；电子；中子；B。 2.如上图中我国的大亚湾核电站，是利用核能来大规模生产电能的发电站。关于核能和核电站，下列相关说法中正确的是（ C ） A.核能是常规能源 B.核能不会对人类造成危害 C.核电站是利用裂变的链式反应发电的 D.核电站发电时，把核能直接转化为电能 3. 关于核电站，下列说法正确的是（ B ） A.核电站所使用的核燃料是煤和石油 B.核电站核反应堆中发生的是可以控制的核裂变 C.核电站发电的能量转化过程：核能→内能→电能→机械能 D.核电站产生的核废料可以作为生活垃圾来处理
8.特色学习资源分析、技术手段应用说明 多媒体课件、图片、视频资料。
9.教学反思与改进 通过本节课的学习我们知道了什么是裂变、什么是聚变、什么是链式反应、核能是怎么得到的、核电站是如何发电的等。
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物理九年级大单元整体教学设计
第二十二章 《能源与可持续发展》
本章内容分析
能量是物理学中一个非常重要的概念，它既是新课程内容标准的主题之一，也作为主线之一，贯穿在整套物理教科书当中。本章在前面学过的各种有关能量的知识基础之上，对能源知识作了常识性的介绍，对能源概念进行了简单的回顾和总结。
本章内容由能源的发展历史引入，首先介绍人类利用能源的历程，之后通过展望21世纪的能源发展趋势引出核能和太阳能等新型能源，最后结合能量的转化与转移有一定的方向性和能源的大量使用给人类带来的环境问题，进一步引导学生思考能够在未来使用的理想能源，注意进行世界观、价值观的教育，特别是使学生了解和接受能源与可持续发展的观念。
本章课标要求
3.5能量守恒
3.5.3列举能量的转化和转移具有方向性的实例。
3.6能量与可持续发展
3.6.1列举常见的不可再生能源和可再生能源。
3.6.2知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
3.6.3从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
本章核心素养
物理观念：1.了解：信息传播的发展过程，初步了解电话是怎样把信息传递到远方的；电话交换机的作用；模拟通信和数字通信的基本区别：电磁波的特点及应用；描述电磁波的物理量，以及电磁波的传播特点：无线电广播的大致工作过程；声音，图像信号的产生传播和接收过程；微波通信的特点；卫星通信的特点；光纤通信的原理和优点。
2.理解：移动电话的工作原理和特点；网络通信的组成和通信形式。
3.知道：电磁波，电磁波的产生和传播；电磁波的波谱。
物理思维：通过探究过程，进一步体会科学探究方法。
科学探究：培养学生的观察、思考、分析、讨论、总结、归纳的能力。
科学态度与责任：通过了解能源消耗对环境的影响，认识科技对人类社会发展的负面影响，增强节能意识和环保意识，并在个人所能及的范围内对社会的可持续发展有所贡献。有将科学服务于人类的意识，有理想、有抱负、热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感。
单元教学目标
（一）内容目标
1、能识别各种能源、会区分一次能源和二次能源并能说出特点；会区分不可再生能源与可再生能源并了解其特点。
2、通过学习了解核能、裂变、聚变，知道核能的优点和可能带来的问题。
3、知道太阳能的特点，大致了解太阳能的利用方式。
4、通过生活实例了解能量转化技术给人类带来的便利，初步了解能量转移和转化的方向性，不可逆性。
5、通过资料阅读了解世界和我国的能源状况，对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
（二）学业目标
1、通过收集信息、阅读资料、相互交流，判断能源与人类生存和社会发展的说法是否正确，判断核能、太阳能与我们的生活有关的等等说法是否正确。
2、从可持续发展角度分析能源、资源及日常诸多现象，提出自己的观点及其可行的做法。
3、从能源问题到能源科学引发学生的学习兴趣和学习欲望。
4、从核能利用问题初步认识科学及相关技术对于人类生活的影响具有两面性。
五、教学重点：
核能的优点和可能带来的问题、能量转移与能量转化的方向性、世界和我国的能源状况。
六、教学难点：
裂变和聚变的概念、能量转移与能量转化的方向性。
七、学情分析，教学建议：
学生从学习物理开始就接触光能、热能，到学习电能时就涉及了电能与其他形式能的相互转化问题，后来又逐渐学习了动能、势能、机械能、内能及它们之间的相互转化，学习了能的转化与守恒定律。能源是提供能量的物质，与能量是密不可分的，学生对各种能量的了解与学习，为本章的学习奠定了基础。
节能环保是当今社会发展的主题，也是学生日常生活中经常接触的话题，这也会激发学生的学习兴趣。核电站、核武器等内容也是学生的兴趣点，太阳能热水器已经走进千家万户，太阳能电池、太阳能路灯也是学生心存疑惑、乐于探究的问题，但本章知识的综合性和抽象性也会给学生的学习带来一定的困难。
本章的重点内容是原子能、核能以及能量的转化和转移。虽然学生对太阳能很熟，但是没有原子核和核能为基础理解起来是有困难的。因此本章应该重视核能、太阳能这两节内容的教学。教学中要尽量关注学生对于能量转移和转化事实的积累和认识，尽量让学生参与以获得一些规律性知识和结合社会发展的深层次思考。
八、本章活动主题：
节能环保案例: 全球领先的可持续发展成功故事
在全球范围内，越来越多的组织和社区正在采取积极的措施，通过节能和环保项目，为可持续发展树立了典范。这些案例不仅在减少碳排放和资源浪费方面取得了显著的成功，还为未来提供了可行的模式和启发。本文将深入探讨全球领先的可持续发展成功案例，以了解它们的关键特点和对可持续发展的重要影响。
案例一：丹麦的风能革命
关键特点：
-可再生能源投资：丹麦大规模投资于风能，成为风能技术的领先者。风力涡轮机占据丹麦电力生产的相当大比例。
-绿色政策支持：政府通过激励政策和补贴，推动了可再生能源的发展，鼓励绿色能源投资。
-能源出口：丹麦的风能产业不仅满足国内需求，还出口多余的电力，为国家带来经济利益。
影响：
-丹麦的风能革命为可再生能源的全球发展树立了榜样，促使其他国家采取类似的措施。
-减少化石燃料的使用，降低了碳排放，有助于减缓气候变化。
案例二：新加坡的城市绿化计划
关键特点：
- 城市绿化：新加坡通过在城市内引入大量绿色空间、公园和垂直绿化，改善了城市环境。
- 水资源管理：新加坡实施了创新的水资源管理计划，包括雨水收集和废水处理再利用。
- 可持续城市规划：城市规划中融入了可持续性原则，例如提供便捷的公共交通和鼓励低碳出行。
影响：
- 新加坡的城市绿化计划提高了居民的生活质量，改善了城市环境。
- 为其他城市提供了可行的城市可持续发展模式，特别是在水资源管理方面。
案例三：斯堪的纳维亚国家的垃圾循环经济
关键特点：
- 垃圾循环：斯堪的纳维亚国家（如瑞典和挪威）采用了高度发达的垃圾循环系统，将废物转化为能源和有用的产品。
- 能源回收：垃圾焚烧厂和生物气化设施将废物转化为电力和热能，减少了对化石燃料的依赖。
- 废物减少：通过回收和可持续消费倡议，这些国家减少了废物的产生。
影响：
- 垃圾循环经济模式提高了资源利用率，减少了废物填埋和焚烧，降低了环境负担。
- 这一模式已经被其他国家采纳，以减少废物生成和提高资源利用率。
案例四：中国的绿色超级城市深圳
关键特点：
- 可持续城市规划：深圳将可持续发展融入城市规划，鼓励低碳出行、建设绿色建筑和保护生态系统。
- 绿色科技创新：深圳成为绿色科技和可再生能源技术的创新中心，支持可持续能源项目。
- 社区参与：政府积极鼓励社区参与绿色倡议，推动绿色生活方式。
影响：
- 深圳的可持续城市规划和创新对中国和全球城市提供了可行的示范。
- 为城市的可持续发展树立了榜样，鼓励其他城市采取类似的可持续发展措施。
结论
全球范围内的节能环保案例展示了可持续发展的多样性和创新性。这些案例不仅在减少碳排放、资源利用率提高、环境改善等方面取得了重大成功，还为其他地区和国家提供了可行的模式和启发，加速了全球可持续发展的进程。
九、教学过程性评价细目设计
学习任务 能源 核能 太阳能 能源与可持续发展
优秀 1.熟知人类不同时期使用的主要能源及人类使用主要能源的发展历程； 2.结合实例，掌握能源与人类生存和社会发展的关系； 3.知道一次能源、二次能源及其特点。 1.知道原子、原子核结构： 2.熟知获取核能的两个途径----重核裂变、轻核聚变； 3.知道核裂变和核聚变的特点； 4.知道人类利用核能的现状。 1.知道太阳能的特点； 2.知道人类利用太阳能的过程； 3.知道太阳能的应用。 1.熟知能量的转化和转移有一定的方向性； 2.知道伴随大量能源消耗所产生的环境问题，对于能源的开发和利用有可持续发展的意识； 3.知道可再生能源与不可再生能源，并能正确区分； 4.知道未来理想能源的特征。
良好 1.知道人类不同时期使用的主要能源及人类使用主要能源的发展历程； 2.结合实例，理解能源与人类生存和社会发展的关系： 3.常识性了解什么是一次能源、二次能源及其特点。 1.了解原子、原子核结构： 2.知道获取核能的两个途径一重核裂变、轻核聚变： 3.了解核裂变和核聚变的特点； 4.了解人类利用核能的现状。 1.认识太阳能的特点： 2.认识人类利用太阳能的过程； 3.了解太阳能的应用。 1.知道能量的转化和转移有一定的方向性； 2.认识伴随大量能源消耗所产生的环境问题，对于能源的开发和利用有可持续发展的意识： 3.认识可再生能源与不可再生能源，并能正确区分； 4.了解未来理想能源的特征。
合格 1.了解人类不同时期使用的主要能源及人类使用主要能源的发展历程； 2.结合实例，了解能源与人类生存和社会发展的关系： 3.常识性了解什么是一次能源、二次能源及其特点。 1.了解原子、原子核结构： 2.了解获取核能的两个途径一重核裂变、轻核聚变： 3.初步了解核裂变和核聚变的特点； 4.初步了解人类利用核能的现状。 1.初步认识太阳能的特点： 2.初步认识人类利用太阳能的过程； 3.初步了解太阳能的应用。 1.了解能量的转化和转移有一定的方向性； 2.初步认识伴随大量能源消耗所产生的环境问题，对于能源的开发和利用有可持续发展的意识： 3.初步认识可再生能源与不可再生能源，并能正确区分； 4.初步了解未来理想能源的特征。
十、教学流程图（思维导图展现整个整体单元教学的思路及课时安排）
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