【沪粤2024版】九下20.2 开发新能源 教学设计

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《20.2 开发新能源》教学设计
课题 1. 能源 单元 20 学科 物理 年级 九下
教材分析 本节内容选自沪粤版九年级物理下册第二十章第二节《开发新能源》，是学生在学习了能量的基本形式与转化规律后，进一步拓展对能源认知的重要环节。教材以“能源危机”为背景，系统介绍了太阳能、核能、风能、海洋能、氢能等新能源的原理、应用及发展前景，强调可持续发展理念，体现科学与社会的深度融合。内容涵盖能量转化过程、实际应用案例和前沿科技动态，具有较强的现实意义和时代性，有助于培养学生的科学态度与社会责任意识。
2022新课标要求 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。
学习目标与核心素养 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。
学情分析 九年级学生已掌握机械能、内能、电能等基本能量形式及其相互转化关系，具备一定的物理思维能力与信息处理能力。他们对生活中的新能源现象（如太阳能热水器、风力发电）有一定感性认识，但对能量转化机制、核反应原理等深层知识理解尚浅。部分学生存在“新能源=未来幻想”的误解，缺乏对当前技术瓶颈与安全挑战的认知。因此，教学需通过真实情境创设、实验模拟与对比分析，引导学生从“被动接受”转向“主动探究”，建立科学理性的能源观，突破抽象概念的理解障碍。
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。
材料准备 多媒体课件、太阳能集热器实物模型、核反应示意图动画
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入随着社会发展，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 在老师的引导下思考 引出本节课题开发新能源
讲授新课 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。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（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（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（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）直接利用活动：怎样直接利用太阳能观察图片，说一说能量是如何转化的？ 太阳能热水器(a）太阳能热水器将太阳能直接转化成_______答案：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________答案：电能(c)用太阳能制氢，是将太阳能转化为__________，驱动氢能源公交车答案：化学能根据图课文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。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。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核裂变核聚变(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。②链式反应原理：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。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。我国秦山核电站大亚湾核电站汽轮机：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。 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。（2）核聚变——热核反应核聚变示意图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。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。 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，成为世界上第四个掌握氢弹技术的国家。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。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白鹤滩水电站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。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 阅读课文了解太阳能优势能量巨大、清洁无污染、可再生阅读课文了解太阳能的利用途径活动：怎样直接利用太阳能，观察图片，说一说能量是如何转化的？学生思考讨论你还知道哪些直接利用太阳能的事例？学生阅读课文聆听讲解知道核能开发方式、核电站原理及新能源种类。了解可控核裂变必须利用核反应堆控制产生中子的数量和速度观察图片阅读课文了解核聚变阅读课文回答阅读课文了解水能、海洋能、风能、氢能 锻炼学生自主学习能力，掌握太阳能的优势锻炼学生的逻辑思维能力锻炼学生的逻辑思维能力，掌握太阳能的转化拓展学生的知识面，锻炼学生的语言表达能力和逻辑思维能力掌握核能的开发和利用的两种方式，掌握链式反应的过程锻炼学生的逻辑思维能力了解核电站工作流程核聚变核反应会释放巨大的能量比原子弹还要大得多的核武器。知道作出了杰出贡献的科学家：王金昌、钱三强、邓稼先、于敏，提高学生的民族自豪感锻炼学生的自主学习能力，了解新能源
课堂练习 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”）。【答案】 电磁 核聚变【解析】[1]声音的传播需要介质，真空不能传声；电磁波可以在真空中传播。发射过程中宇航员说“很舒服”，声音经过转换为加载到高频电磁波上，是通过电磁波传到地球的。[2]获得核能的两种途径:核裂变和核聚变，太阳能就是来自太阳内的核聚变。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【答案】A【解析】A．目前人类能够控制的核反应是核裂变，核聚变人类还没有能力控制其反应速度，故目前核电站都是通过裂变反应来利用核能，A说法错误，符合题意；B．核反应堆中发生的链式反应人类能够控制反应速度，故是可以控制的，B说法正确，不符合题意；C．核能就是原子核分裂或聚合时释放出来的能量，C说法正确，不符合题意；D．核能一旦使用，短期内不能再次利用，故是一种不可再生能源，D说法正确，不符合题意；故选A。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【答案】B【解析】A．太阳能是来自太阳内部物质的核聚变反应，故A错误；B．核电站的反应堆发生的链式反应是可控制的，故B正确；C．核废料具有放射性，不能直接排放，故C错误；D．原子核是由质子和中子组成，原子由原子核和电子组成，故D错误。故选B。 学生练习 巩固本节的知识
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 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 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、直接利用二、核能——造福人类的“神火1. 核裂变①较重的原子核裂变为较轻的原子核。②链式反应核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核其它能源：水能、海洋能、风能、氢能 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 《能源革命：新能源的未来》：以通俗语言解析太阳能、核能等原理，结合全球应用案例（如光伏电站、华龙一号核电站），适合拓展学生视野。
特色资源分析和技术手段说明 《能源宇宙》《大国重器》相关篇章，前者梳理人类能源开发史，后者呈现我国新能源工程成就。这类纪录片既有科学原理讲解，又有家国情怀素材，既能深化学生对能源与社会关系的认知，还能契合课程的素养培养目标。
教学反思 本节课亮点： 从生活能源问题导入，学生参与度高。利用图片、视频等多媒体资源，把抽象能源变直观。注重国情教育：我国新能源发展、双碳目标，增强责任意识。 存在问题：部分学生对新能源原理理解停留在表面，不会用物理知识解释。课堂时间有限，讨论不够深入，拓展阅读没时间充分展开。个别学生把“新能源”只当成常识记忆，缺少科学思维。
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