人教版九年级物理 第二十二章能源与可持续发展第1节能源利用的现状和面临的挑战（教学设计）

人教版九年级物理 第二十二章 能源与可持续发展
第1节 能源利用的现状和面临的挑战（教学设计）
【课题】第1节 能源利用的现状和面临的挑战
【学习目标】
1．通过实例了解有哪些不同形式的能量，知道人类利用能源的历程。
2．常识性了解什么是能源，什么是不可再生能源、可再生能源。什么是一次能源、二次能源及其各自的特点。
【学习重点】
1．知道哪些能源是不可再生能源、哪些能源是可再生能源。
2．知道哪些能源是一次能源、哪些能源是二次能源。　　　　
【学习难点】
能源利用面临的挑战。
【新课导入】
问题：物质的运动和相互作用的方式多种多样，每种运动形式都对应相应的能量。在前面的学习中，我们已经认识了各种形式的能量。常见的能量形式有机械能、内能、光能、化学能、电能等。
能够提供能量的物质资源叫做能源。生产和生活中利用的各种能量，是通过哪些能源提供的？
【板书课题】第1节 能源利用的现状和面临的挑战
【新课学习】知识点一 人类利用能源的历程
【播放视频】人类利用能源的历程
指导学生阅读教材“人类利用能源的历程”的有关内容，总结人类利用能源的历程。
一、人类利用能源的历程
自从原始人发现使用火的方法以后，能源就成为人类文明发展的重要物质基础。
钻木取火——人类最早的（第一次）能源技术革命的标志，在人类利用能量的历史上非常重要。从利用自然火到利用人工火的转变，结束了远古人类的茹毛饮血，开启了以柴薪作为主要能源的时代。这个时代持续了近一万年。现在，柴薪仍是某些地区的生活能源。
蒸汽机的发明——人类第二次能源技术革命的标志，是人类利用能源的新里程碑。人类从此逐步以机械动力代替人力和畜力。人类的主要能源由柴薪转向煤（化石燃料），人类进入工业化社会。我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为化石能源。
远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，腐烂了。沧海桑田，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油和煤,在石油形成过程中还放出天然气。
1.化石能源
我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的, 所以称为化石能源。
2.不可再生能源
化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，所以这类能源叫作不可再生能源。
3.可再生能源
水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
4.一次能源
可再生能源与不可再生能源都是可以直接从自然界获得的能源，我们称这样的能源为一次能源。化石能源是不可再生能源，也是一次能源。
电能是我们经常使用的能源。它通常是由其他能源转化而来的，最终还要转化为光能、内能、动能等其他形式的能量，为人类所用。
问题：为什么很多地方要使用电能，而不直接使用一次能源呢 这是因为电能便于输送和转化 。现代社会离不开的各种各样的用电器，是将电能转化为其他各种形式能量的转化器。
电能是最方便使用的能量。
电能得到广泛应用的原因
①自然界中各种形式的能都能方便地转化为电能；
②各种用电器能方便地把电能转化为其他形式能加以利用；
③电能能够方便地进行远距离输送；
④使用电能的装置和场所容易保持清洁干净。
5.二次能源
由于电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能这样的能源为二次能源。
【课堂练习】
【例题1】（2025年江苏淮安中考题）下列能源中属于可再生能源的是【 】
A. 煤 B. 天然气
C. 石油 D. 风能
【答案】D
【解析】煤、石油、天然气不能短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源；风能可以源源不断地从自然界获取，属于可再生能源。
【例题2】在下列能源中:①煤、 ②石油、 ③天然气、④水能、⑤风能、⑥太阳能、⑦电能、⑧管道煤气 ，属于一次能源的是______________,属于二次能源的是__________。(只填序号)
【答案】①②③④⑤⑥ ⑦⑧
【解析】可以从自然界直接获取的能源叫作一次能源。煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能都能够从自然界直接获取，是一次能源。
由自然界提供的能源转化而来的能源(必须消耗一次能源才能得到的能源)叫作二次能源 。电能、管道煤气是需要消耗一次能源才能获取的能源，是二次能源。
知识点二 能源利用面临的挑战
问题：我们已经知道能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？
指导学生阅读教材有关“能源利用面临的挑战”，了解其原因。
分析：汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。
同样，在热传递的过程中，热量（内能）只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。
如果要使热量（内能）从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。消耗掉的内能不能被收集起来再利用。
1.能量转移和能量转化的方向性
实际上，能量的转化和转移都是有方向性的，人们是在能量的转化或转移过程中利用能量的。有些能量可以利用，有些则不能。能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的，地球上储量有限的化石能源是当今世界的主要能源，所以需要节约能源。
2. 当今世界的能源趋势
由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。特别是近几十年来，能源消耗增长速度明显加快。
已探测的数据表明，目前作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富，而且化石能源开发利用后不能再生，如果长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽，所以开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。
3. 能源消耗对环境的影响
在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。
由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的温室效应。汽车尾气造成空气污染和城市热岛效应。
煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫、氮氧化物等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。
【课堂练习】
【例题3】（2025年山东威海中考题）搭载“天问二号”探测器的火箭升空时，由于摩擦，部分机械能转化为空气和箭体的内能，这些消耗的能量不能再自动地被用来推动火箭，说明能量的转化具有_______；我国自主研发的“偏二甲肼”火箭燃料属于________（选填“一次”或“二次”）能源。
【答案】方向性 二次
【解析】火箭加速升空时，由于克服火箭与大气之间的摩擦力做功，一部分机械能转化为空气和箭体的内能，由于能量的转化具有方向性，这些消耗的能量不能再自动地被用来推动火箭。
我国自主研发的“偏二甲肼”火箭燃料不能从自然界直接获得，必须通过一次能源的消耗才能得到，因此“偏二甲肼”火箭燃料是二次能源。
【例题4】如图是某一年中国与世界能源消耗结构图，由图可知【 】
A. 在这一年中国水电消耗的比例比世界的大
B.世界消耗的能源以化石能源为主
C.因为煤炭是二次能源，所以中国以煤炭为主要能源
D.多烧煤少用天然气符合节能减排的环保要求
【答案】B
【解析】A.在这一年中，中国水电消耗的比例为5.9%，比世界的水电消耗的比例6.4%小；
B.世界消耗的能源以化石能源为主；
C.煤炭可以从自然界直接获取，是一次能源，中国在这一年的煤炭消耗的比例是70.4%，是以煤炭为
D.多烧煤少用天然气，对环境污染严重，不符合节能减排的环保要求。
【例题5】从环保的角度看，下列能源中，在大规模使用过程中会产生二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质，造成空气污染、城市热岛效应、地球温室效应加剧的是【 】
①石油②煤③天然气④核能⑤风能⑥太阳能⑦柴薪⑧水力发电
A．①② B．①②③ C．①②③⑦ D．④⑤⑥⑧
【答案】C
【解析】石油、煤燃烧时会排放CO2、SO2、颗粒物（粉尘）和CO等。石油提炼后的产品如汽油、柴油等在燃烧时会产生这些有害物质，会造成空气污染、城市热岛效应、会导致地球温室效应加剧；
天然气燃烧时，会产生二氧化碳，会造成地球温室效应加剧；
核能是通过核裂变释放能量，不会造成空气污染、城市热岛效应、不会导致地球温室效应加剧；
柴薪燃烧时产生粉尘和一氧化碳，会导致地球温室效应加剧；
风能、太阳能、水能（水力发电）是清洁能源，利用时不会造成空气污染、城市热岛效应、不会导致地球温室效应加剧。
指导学生阅读教材有关“燃煤发电的清洁技术”。
【介绍 】 科学·技术·社会·环境
燃煤发电的清洁技术
我国火力发电的燃料主要是煤。煤发电的原理是：用煤燃烧放出的热量加热水，使之变成高温高压的水蒸气，然后推动汽轮发电机组发电。在现代化的发电厂中，会对水蒸气进行二次加热，使它继续推动发电机发电，提高发电效率。
为了降低污染，煤在燃烧前会经过洗选来去除杂质，在充分燃烧后，发电厂会对排出的烟气进行脱硫、脱硝、除尘等净化处理，减少二氧化硫等污染物的排放。
此外，碳捕集技术正在快速发展。碳捕集技术能够将烟气中的二此外，碳捕集技术正在快速发展。碳捕集技术能够将烟气中的二氧化碳大规模收集起来，制成纯度为99.5%的工业级合格液态二氧化碳产品，对实现“碳达峰碳中和”目标具有重要意义。
2021年1月，我国建成了燃煤电厂每年15万吨燃烧后二氧化碳捕集示范工程。 2022年6月，另一个年产150万吨的燃煤电厂燃烧后二氧化碳捕集项目也正在加紧建设。
【课堂练习】
【例题6】（2025年湖北中考题）使用下列燃料符合低碳生活理念的是【　　】
A. 石油 B. 煤炭
C. 木柴 D. 氢燃料
【答案】D
【解析】低碳生活的核心是减少二氧化碳（CO2）等温室气体的排放，以缓解全球变暖。因此需要选择燃烧后不产生或极少产生二氧化碳的燃料。
A、B．石油、煤炭是化石燃料，燃烧会释放大量二氧化碳，且产生其他污染物（如二氧化硫），不符合低碳理念；
C．木柴虽然可再生，但燃烧会释放二氧化碳，并可能导致森林砍伐，导致碳排放加剧，不符合低碳理念；
D．氢燃料燃烧生成物是水，不产生二氧化碳。若氢气通过可再生能源制备，则全生命周期接近碳的“零排放”是当前清洁能源技术重点发展方向（如氢能源汽车）。
【课后作业】练习与应用： 1、2、3、4、5、6题