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跨学科：能源的开发与利用
第二节
第二十一章能源、材料与社会
（沪科版）九年级
全
01
课标解读
02
学习目标
03
激趣导入
04
新知探究
05
知识拓展
06
分析讨论
07
练习与应用
09
作业布置
08
课堂小结
课标解读
下面是对2022新课标下初中物理“能源的开发和利用”的简单解读：
1. 知识要求更贴实际：要求学生能区分可再生能源和不可再生能源。
2.同时要了解核能等新能源的特点及潜在问题，结合生活实例理解能源利用的原理。21世纪教育独家资源
3.能从能源开发与利用的视角体会可持续发展的重要性。引导学生在生活中践行节能行为，同时了解我国新能源发展成就，增强为能源可持续发展做贡献的使命感。
学习目标
1.能列举常见的不可再生能源和可再生能源，知道核能的特点和核能利用可能带来的问题；
2.能从能源开发与利用的视角体会可持续发展的重要性；
3.有兴趣了解人类研发核能的新动态，知道核能可能带来的问题，能为核能的安全利用作出力所能及的努力。
激趣导入
我们生活离不开能源，传统的化石燃料的使用带来了哪些问题呢？”
化石燃料燃烧导致空气污染、冰川融化，资源枯竭。
那么人类有哪些解决能源危机的办法？怎样去发展新能源呢？下面我们学习与此有关的内容。
新知探究
一、人类对能源的利用
1. 能源:凡是能够提供能量的物质资源都可以称为能源。21世纪教育独家资源
火山
太阳
海洋
天然气
煤
石油
自然界中的部分能源
新知探究
2.能源的分类
（1）可再生能源
水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
新知探究
（2）不可再生能源
石油和煤炭是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，与古生物化石有些相似，所以叫作化石能源。
化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
知识拓展
分类 概念 实例
按照获 取方式 一次能源 可直接从自然界获得的能源 水能、化石能源、风能、太阳能、 地热能、核能、潮汐能等
二次能源 无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源 电、酒精、木炭、煤气、柴油、 液化气、沼气、氢气、汽油等
按照对环境的影响 清洁能源 使用时对环境没有污染或污染较轻的能源 太阳能、电能、风能、水能、潮汐能、地热能
污染能源 使用时对环境污染较重的能源 煤、石油、柴薪等
分类 概念 实例
按照人类 开发早晚 常规能源 人类已经利用多年的能源 煤、石油、天然气及水能等
新能源 人类新近才开始利用的能源 核能、太阳能、潮汐能、地热能、风能、生物质能等
知识拓展
新知探究
3. 人类利用能源的历程
（1）我国古代对能源的利用
钻木取火是人类利用能源的历史上的第一次能源革命。火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以柴薪作为主要能源的时代。
新知探究
如图是我国古代对水能的利用，这是卧轮式水排，是中国古代将水能转化为机械能用于冶铁鼓风的核心装置，比欧洲同类水力鼓风技术早一千多年。21世纪教育独家资源
人类对木材、水力、风力、畜力等自然能源的利用促进了人类文明的发展。
新知探究
（2）化石能源时代
大约在 200 多年前，由于对煤的大量开采，人类利用能源的历史进入了一个崭新的时期。
如图，18 世纪，用煤作燃料的蒸汽机的发明，带来了人类历史上的第一次工业革命，由此人类进入大工业生产的时代。
新知探究
（3）电气时代
19 世纪，通过对电和磁的研究，人类找到了开发和利用能源的新途径，从此进入了电气时代。
灯火辉煌的城市夜景
新知探究
4. 能源的利用与环境污染
能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。
（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升、两极的冰雪融化、海平面上升、淹没沿海地区等不良影响。
新知探究
（2）酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，腐蚀建筑物，酸化土壤。
新知探究
（3）火力发电厂发电时所产生的“余热”会引起热污染。泄漏的石油污染海洋；工业和交通工具的废气笼罩在城市的上空也污染空气。
清理漂浮的石油
废气笼罩的城市
知识拓展
视频：人类对能源的开发与利用
新知探究
二、开发核能与重视核安全
1.核能的开发和利用的两种方式
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。
核裂变
核聚变
新知探究
（1）核裂变
①定义：是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
中子
铀核
铀原子核在中子的轰击下产生裂变的过程，每一个铀原子核的裂变会产生大量能量。
新知探究
②链式反应
中子
铀核235
用中子轰击铀 235 原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变, 并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。
新知探究
1964 年我国第一颗原子弹爆炸原子弹就是利用核裂变的链式反应不加控制制成的。
新知探究
（2）核聚变
较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应，是产生核能的另一种方式。
如图是氘核和氚核结合成为氦核的聚变过程，这种核反应会释放巨大的能量。
氘核
氚核
氦核
中子
新知探究
利用核聚变也能制造核武器。氢弹就是利用核聚变原理制造的一种威力比原子弹还要大得多的核武器。21世纪教育独家资源
新知探究
1967 年 6 月 17 日，中国第一颗氢弹爆炸成功，成为世界上第四个掌握氢弹技术的国家。
新知探究
2.核能发电以及优越点
核能发电可缓解能源危机，是人们和平利用核能的一个重要方面。
（1）核裂变发电
现在核裂变发电技术已经成熟，秦山核电站是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。
大亚湾核电站，位于中国广东省深圳市龙岗区大鹏半岛，是中国大陆建成的第二座核电站，也是大陆首座使用国外技术和资金建设的核电站
新知探究
广东大亚湾核电站
知识拓展
视频：可控核聚变的研究进展。
思考讨论：利用核电站发电的优点和缺点有哪些？
（1）核电站发电的优点
①少量核燃料即可释放巨大能量，燃料运输和储存成本远低于化石能源。②运行过程中几乎不排放二氧化碳、二氧化硫等温室气体和污染物，有助于缓解气候变化和空气污染。 ③不受季节、天气等自然因素影响，可24小时连续供电。④燃料储量相对充足：地球上铀、钍等核燃料储量，按现有核电发展速度可支撑使用上百年。
分析讨论
（2）核电站的缺点
① 安全风险突出：一旦发生核泄漏（如切尔诺贝利、福岛事故），放射性物质会对生态和人体健康造成长期、严重危害。②产生的高放射性核废料半衰期极长，需特殊、永久的封存处理，技术要求高且存在潜在环境风险。③核电站对技术、材料、安全标准要求严苛，前期投资巨大，建设周期通常长达5-10年。 ④需远离人口密集区，且对地质、水文条件要求高，避免地震、洪水等自然灾害影响。
分析讨论
三、开发新能源
由于煤、石油、天然气等不可再生能源日渐枯竭， 而能源的需求量不断增加，现在人们不仅努力开发核能，而且不断探索对太阳能、风能、地热能、潮，汐能等新能源的开发。
因此，寻找新能源成为人类可持续发展的重大课题。
新知探究
1. （1）光转化为电：太阳能电池
太阳能是一种既相对清洁，又取之不尽的能源。目前，人们主要采用光转化为电、光转化为热的方式来开发、利用太阳能。
新知探究
硅太阳能电池
新知探究
砷化镓太阳能
（2）采用光转化为热的方式可发电
新知探究
一种家庭常用的太阳能热水器
采用光转化为热的方式可发电，也可供家庭用来取暖、加热生活用水。
它工作的原理是: 太阳光的照射使加热管内水的温度上升， 由于热水的密度比冷水的小，管内热水不断上升并储存在储水箱上部； 同时，储水箱内温度较低的水下降到加热管， 通过水的不断对流，最终使得储水箱内水的温度升高。
新知探究
2.风能
新知探究
（1）风具有很大的能量
这种能量可能会带来极大破坏, 也可利用风能为人类服务。
例如：利用风能行船、抽水、磨谷等。
风能行船
风能还可以用来发电，把风的动能转化为电能就是风力发电，风能是一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
新知探究
新疆达坂城的风力发电场
3.地热能
新知探究
热能发电场
地球内部蕴藏着大量的热，在有地热资源的 地方可开发和利用地热来发电。
4. 潮汐能
新知探究
月球、太阳对地球的引力作用产生了潮汐。涨潮与落潮蕴藏着巨大的能量，这种能量可用来发电。
涨潮时，海水汹涌而来，潮水从导流孔流入水库的同时推动水轮机转动，水轮机带动发电机发电。随着潮水的不断涌入，水库水位逐渐上涨，储存能量。
新知探究
潮汐进站
水坝
涨潮
水坝外的水位上升
道路
涡轮
水流方向
（a）涨潮时潮汐能发电
新知探究
落潮
潮汐出站
（b）落潮时潮汐能发电
落潮时，海水奔腾而去，水位陆续下降，水库的水流从导流孔流向大海，推动水轮机再次转动，水轮机又一次带动发电机发电。潮汐发电成本低、污染少，是一种很有发展潜力的新能源。
5.氢能源
新知探究
更多的新能源在不断开发中。氢能源是人们关注的一种新能源, 氢燃烧的产物是水，没有任何污染，是目前公认的最清洁能源。氢燃料在航空航天、汽车中已有广泛应用。
练习与应用
1.国梦 小康梦，我国新农村建设如火如荼。许多村庄道路两侧安装了如图所示的太阳能路灯。下列与太阳能路灯有关的叙述中不正确的是（ ）
A．太阳能是可再生能源
B．硅电池板中的硅是半导体
C．给金属灯柱涂漆是为了防止灯柱锈蚀
D．硅电池板中的硅元素是地壳中含量最多的金属元素
D
练习与应用
2.关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气都是可再生能源
B．电能是二次能源
C．水力发电是将水的机械能转化为电能
D．能量是守恒的，节约能源是没有意义的
BC
练习与应用
3.如图是郑州市周边新建道路两旁使用的太阳能LED照明路灯，太阳能是_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它是太阳内部氢原子核发生_________ （选填“裂变”或“聚变”）时释放出的能量。
可再生
聚变
课堂小结
跨学科：能源的开发与利用
能源分类
可再生能源：太阳能、风能等
不可再生能源：煤、石油、天然气等
人类利用能源的历程
我国古代对能源的利用
化石能源时代
电气时代
人类对能源的利用
能源的利用与环境污染
开发核能与重视核安全
较重的原子核裂变为较轻的原子核
核裂变
链式反应
核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核
课堂小结
跨学科：能源的开发与利用
太阳能：光→电/热（热水器原理）
风能：动能→电能（风力发电）
地热能：地球内部热→发电
潮汐能：涨落潮→水轮机发电
氢能源：最清洁燃料（燃烧产物为水）
开发新能源
核能发电：核裂变发电
利用核能发电的优缺点
开发核能与重视核安全
作业布置
1.完成课后巩固
2. 近年来，新能源汽车的发展十分迅速。请你调查一下新能源汽车的发展历史，写一份调查报告。
3.请你调查家里近 6 个月的用电信息，将数据填入表中。思考用电量增加或减少的原因，并想一想怎样节约用电。
月份
用电量
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