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开发新能源
第二节
第二十章 能源与能量守恒
（沪粤版）九年级
下
01
课标解读
02
学习目标
03
激趣导入
04
新知探究
05
观察思考
06
交流讨论
07
知识拓展
11
作业布置
10
课堂小结
09
练习与应用
08
想一想
课标解读
1．了解太阳能及其利用方式。
2．了解核能和原弹、氢弹的制造原理，以及核反应堆的作用。
3. 知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
学习目标
1.物理观念：理解太阳能、核能的能量转化形式，明确核裂变与核聚变的区别，知晓各类新能源的特性。
2.科学思维：对比不同新能源的开发方式、优势与挑战，建立“能源特性—应用场景”的关联逻辑。
3.科学探究：完成“直接利用太阳能”活动，分析新能源能量转化路径，提升逻辑分析能力。
4.科学态度与责任：感受我国在新能源开发领域的科技成就，激发科学探索兴趣，树立“清洁低碳”的能源发展意识。
重点：1．掌握太阳能的直接利用方式与能量转化；
2．理解核裂变、核聚变的原理及应用；
3．了解我国新能源开发的领先成果。
难点：1．解释核裂变“链式反应”的控制原理；
2．区分核聚变与核裂变的差异及应用现状；
3．分析不同新能源的发展潜力与面临的挑战。
学习目标
激趣导入
随着社会发展，我们对能源的需求越来越大，同时也越来越重视环境保护。面对不可再生能源日益枯竭的危机，世界各国越来越重视节能和新能源的开发，今天这节课，我们就一起来学习——开发新能源。
太阳能
新知探究
一、太阳能——永恒的动力之源
1.太阳能优势
能量巨大、清洁无污染、可再生，是最具开发价值的能源； 每天接收的太阳能足够世界使用多年，资源近乎无限。
太阳能
新知探究
太阳总发射功率3.8×1026kW
太阳以光和热的形式向四周辐射能量，其中到达地球表面的太阳辐射功率达1.7×1014kW。
新知探究
2.太阳能的利用途径
（1）第一种途径是通过植物的光合作用把太阳能转化和储存起来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料的形式释放出来。
（a）被植物、微生物吸收
新知探究
（2）第二种途径是通过大气和水分的升腾循环，再通过风、流水、波浪、海流等释放出来。
(b）使大气、水分升腾循环
新知探究
（3）第三种途径是被海洋吸收，成为海洋的内能。
(c）被海洋吸收
新知探究
（4）第四种途径是被人们直接利用，如太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电等。
（d）直接利用
观察思考
怎样直接利用太阳能
活动
(a）太阳能热水器将太阳能直接转化成_______
太阳能热水器
观察图片，说一说能量是如何转化的？
内能
(b)太阳能发电站利用太阳能电池直接将太阳能转化成________
(c)用太阳能制氢，是将太阳能转化为__________，驱动氢能源公交车
电能
化学能
观察思考
太阳能光伏发电
太阳能板直接把光能转成电能，用于路灯、屋顶电站、光伏大棚等。
交流讨论
根据图课文20-2-3，你还知道哪些直接利用太阳能的事例？
太阳能灶：用反光板聚光，直接烧水煮饭，适合无电地区。另外还有太阳能温室大棚、太阳能制冷空调、 太阳能路灯 / 庭院灯、太阳能充电宝、计算器、太阳能供暖系统等。
交流讨论
知识拓展
信息浏览 太阳能电池
1.原理：基于光电转换原理，太阳光照射半导体材料硅，直接转化能。
2.应用：人造卫星、宇宙飞船、空间站（如中国空间站太阳能电池板）、太阳能发电站。
3.未来方向：探索太空收集太阳能，通过微波技术传回地球利用。
中国空间站上的太阳能电池板
二、核能——造福人类的“神火”
1.核能：原子核内部蕴藏的巨大能量，叫做原子核能，简称核能。
2.核能释放的两种方式
新知探究
核裂变
核聚变
新知探究
(1)核裂变______链式反应
①核裂变：核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
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。
中子
铀核
新知探究
②链式反应
中子
铀核
原理：用中子轰击铀核，使其裂变为较轻原子核，同时释放2~3个中子和大量核能，新中子继续轰击其他铀核，这种铀核裂变的引发过程，叫做链式反应。
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。
计算表明，1kg铀全部裂变释放的能量，相当于2700t标准煤完全燃烧放出的能量。
新知探究
③核电站发电的能量来自可控的核裂变。
要安全利用核能，就必须利用核反应堆控制产生中子的数量和速度。
（i）反应堆的关键：控制中子
（ii）反应堆里有两类关键装置
控制棒：吸收中子，减少中子数量，想停就停、想慢就慢；
减速剂（水/重水/石墨）：把快中子变慢，让裂变更容易稳定发生。
新知探究
我国秦山核电站
大亚湾核电站
新知探究
新知探究
控制棒
核反应堆
水泥外壳
发电机
变压器
蒸汽驱动涡轮机旋
转，使发电机发电
冷却塔
凝汽室
水受热变成蒸汽
汽轮机：高温蒸汽驱动其旋转；
发电机：将机械能转化为电能；
水泥外壳：屏蔽核辐射。
核电站工作流程示意图
④核废料的处理
目前常用的方法是将核废料装入可屏蔽辐射的金属罐中，最后将这些金属罐放入位于地下500~1000m的处置库内。
⑤核发电是人类利用核能的主要方式
我国在安全利用核能和建造核电站的方面位居世界前列。我国自主研制的第三代“华龙一号”核电机组，已出口到国外。
新知探究
新知探究
（2）核聚变——热核反应
①核聚变：超高温条件下，质量较轻的原子核（如氘、氚）聚合成较重原子核，这种反应叫核聚变，释放比核裂变更巨大的能量。
氘
氚
核聚变示意图
思考讨论
思考：为什么核聚变反应又称为热核反应
参考答案：核聚变要求氘和氚具有很高的温度，在反应过程中要把反应物质加热到千万摄氏度以上才能发生大规模的核聚变。因此，聚变反应又称为热核反应。
新知探究
②核聚变的应用
目前，核聚变应用只限于核爆炸，1967 年 6 月 17 日，中国第一颗氢弹爆炸成功，成为世界上第五个掌握氢弹技术的国家。
新知探究
目前，我国和世界各国都在致力于受控热核反应的研究，我国的研究成果已位于世界前列。
我国研究受控热核反应的装置中国环流三号
想一想
我国从20世纪50年代开始研究核能，以王金昌、钱三强、邓稼先、于敏等为代表的一批“两弹一星”科学家，为祖国的核能开发和利用作出了杰出的贡献。其中于敏院士提出的氢弹构型，使得我国核武器的研究居世界前列，为保障国家安全作出了巨大的贡献。
你知道为祖国的核能开发和利用作出了杰出贡献的科学家有哪些吗？
“氢弹之父”于敏
拓展延伸
视频：可控核聚变的研究进展
信息浏览
水能
水电站是利用水流动的机械能推动水轮机和发电机转子转动发电的，水能是一种已经广泛利用的常规能源，也是一种稳定的可再生能源。
三峡水电站是世界上最大的水力发电站
拓展延伸
白鹤滩水电站安装的单机容量100万千瓦水轮发电机组是目前世界上单机容量最大、技术领先的水轮发电机。我国年水力发电量稳居世界第一位。
白鹤滩水电站
拓展延伸
海洋能
浩瀚的海洋覆盖了地球表面的71%，它蕴藏着波浪能、潮流能、潮汐能、 温差能等，是取之不尽的洁净能源。2022年2月24日，世界最大单机容量潮 流能发电机组“奋进号”在浙江舟山成功下海，连续运行时间和发电量均居世界前列。
“奋进号”潮流能发电机组
拓展延伸
风能
风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源。开发风能，对环境污染少，对生态破坏小，环境效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。
2021年底，我国风力发电机组总装机约3.28×108kW，居世界第一位。
我国甘肃风电场
拓展延伸
新知探究
氢能
氢能具有高效、干净、易贮存、可运输等特点。我国长征五号B运载火箭 就使用液态氢作为主要燃料。人类目前已掌握多种制氢工艺， 其中利用太阳能制氢有着广阔的前景。可以预见，氢能将成为21世纪的重要 能源之一。
长征五号B运载火箭
练习与应用
1.北京时间2023年5月30日9时31分，神舟十六号载人飞船搭载长征二号F遥十六运载火箭成功发射升空。发射过程中宇航员说“很舒服”，声音是通过________波传到地球的。太阳能就是来自太阳内的 __________（选填“核聚变”或“核裂变”）。
电磁
核聚变
练习与应用
2.中国国有核电巨头中核工业集团2020年11月27日宣布，中国独立研发的新型核电机组“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功。此前中国使用的核电机组主要通过从欧美引进，未来将加速独立研发核电机组的建设，并将大力推动海外出口。核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。下列说法错误的是（ ）
A. 目前核电站都是通过聚变反应来利用核能
B. 核反应堆中发生的链式反应是可以控制的
C. 原子核分裂或聚合时释放出核能
D. 核能是一种不可再生的能源
A
练习与应用
3.下列关于核能、原子核的说法，正确的是（ ）
A．太阳能来自太阳内部物质的核裂变反应
B．核反应堆发生的链式反应是可以控制的
C．核废料可直接排放，无需任何处理试验
D．原子核是由质子、中子和电子组成
B
课堂小结
1.太阳能优势：能量巨大、清洁无污染、可再生。
2.太阳能的利用途径：被植物、微生物吸收；使大气、水分升腾循环；被海洋吸收；直接利用。
3. 核裂变
①较重的原子核裂变为较轻的原子核。
②链式反应
4.核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核。
5.其它能源：水能、海洋能、风能、氢能 。
作业布置
1.完成课后巩固练习
2.预习下一节内容
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