20.2 开发新能源
教学目标
1．知道太阳能的由来及其特点。
2．大致了解利用太阳能的方式及其进展。
3．了解原子、原子核的结构。
4．知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。
5．了解核聚变、核裂变。
教学重点及难点
重点：正确认识太阳能的来源及其巨大的应用前景。核能的由来及其优点和可能带来的问题。
难点：裂变和聚变。
教学用具
多媒体课件等。
相关资源
图片等
教学过程
【课堂引入】
动植物的生长，人类的活动都无法离开太阳。这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳？人类是否能够从距离地球1.5亿千米远处的太阳上，获取所需的能源？
【新知讲解】
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1 500万摄氏度。
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳内部每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。太阳表面温度约6 000 ℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。
太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。人类的日常生活，也无法离开阳光。
远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下和海底。经过几百万年的复杂变化，变成了煤、石油、天然气。今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。
教师提问：根据下图，同学们思考下，太阳辐射到地球上的能量是怎样转化的呢？
二、太阳能的利用
人类除了间接利用存储在化石燃料中的太阳能，还设法直接利用太阳能。
人类直接利用太阳能的方式主要有两种：用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，实现了把太阳能转化为内能；而太阳能电池可以将太阳能转变为电能，在航空、航天、交通、通信等领域中有较为广泛的应用。
2010年，上海世博会中国馆采用了大量先进的太阳能科技，整座世博园的太阳能发电装置每年预计节电约420万千瓦时，减排二氧化碳约4 100吨。
2020年迪拜世博会的主题馆采用了梦幻太阳能天棚。
太阳能技术的优点：
①能源易获取；②不排放CO2；③能源量大；④可持续性强。
太阳能技术的缺点：
能源分散；②受自然条件限制；③转化效率低；④成本较高。
三、核能
原子核内部蕴藏的巨大能量叫做原子核能，简称核能。
原子核内有两种核子：质子和中子。质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。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。
1.裂变
将火柴搭成如左下图所示的结构，想像你在点燃第一根火柴后，会发生什么情况？答案显而易见，所有的火柴都会被一一点燃。
目前核能利用最多的领域就是核能发电，我国最大的核能发电站——秦山核电站就是利用可控制的铀核裂变。核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核（主要是指铀核或钚核），分裂成两个或多个质量较小的原子核的一种核反应形式。用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子。这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。示意图如右上图。
核电站利用反应堆产生的内能，通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。1942年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。
1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。
2.聚变
核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应。如下图所示，氚核、氘核在超高温下聚合成氦核，释放出核能。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。海水中蕴藏着大量丰富的氘核。科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
典型例题
六、课堂小结
七、板书设计
典型例题
1．下列关于太阳能的利用说法正确的是（ ）
A．绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B．太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C．太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
解析：A、绿色植物的光合作用是将光能转化为化学能，储存在植物体内，故A正确；B、太阳能热水器内的水从太阳吸收热量，内能增加、温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能，故B错误；C、太阳能信号灯先将太阳能先转化为电能，再转化为光能，故C错误；D、太阳能飞机是先将太阳能转化为电能，再转化为机械能，故D错误。
答案：A。
2．如图是一款太阳能座椅，椅子顶部安装的硅光电池板，可储备能量供晚间使用。下列说法正确的是（ ）
A．硅光电池板是由超导材料制成的
B．硅光电池板可以将太阳能转化为电能
C．太阳能来源于太阳内部氢核的裂变
D．太阳能属于不可再生能源
解析：A、硅光电池板由半导体材料制成，故A错误；
B、硅光电池板可将太阳能转化为电能，故B正确；
C、太阳能来源于太阳内部氢核的聚变，而不是裂变，故C错误；
D、太阳能可源源不断从自然界获得，因此属于可再生能源，故D错误。
答案：B。
3．市场上有一种装有太阳能电扇的帽子，如图所示，它在阳光的照射下，电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是：（ ）
A．太阳能→机械能→电能 B．太阳能→电能→机械能
C．机械能→太阳能→电 能 D．电能→太阳能→机械能
解析：帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故B正确。
答案：B。
4．如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将其他形式的能转化为电能
解析：核电站发电过程：核能先转化为水的内能，水受热以后温度上升会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能。
A、核反应堆是通过裂变反应来释放核能的，将核能转化为内能，故A错误；
B、水受热以后温度上升会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，故B错误；
C、蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能，故C正确；
D、用电器是将电能转化为其他形式的能，故D错误。
答案：C。
5．下列对2019年最新热播影片《流浪地球》中出现的情景解释错误的是（ ）
A．核聚变反应——释放大量能量
B．核聚变反应——元素种类不变
C．地球表面的水变成冰——凝固
D．地球上短波通讯受影响——太阳活动增强
解析：核聚变反应会释放处大量的能量，故A正确；核聚变核聚变又称热核聚变，是氢核，具有一个质子和一个中子的氘核具有两个中子一个质子的氚，在高温高压的情况下，4个氢核聚变为一个氦核，同时释放出大量的能量的过程，故B错误；水变成冰，物质由液态变为固态叫作凝固，故C正确；太阳活动增强会影响电离层，使电离层D层离子浓度增加，对短波的吸收就增强了，这样能够通过E层和F蹭反射回地球的电波能量就大大降低了，容易造成短波通信中断，故D正确。
答案：B。
课堂小结
学习了太阳能和核能。地球上除了地热能、核能及潮汐能等少数几种能源不是来自太阳，其余能源大多来自于太阳。人类利用太阳能主要有两种类型：一类是把太阳能转化为热能的，如太阳能热水器；第二类是把太阳能转化为电能的，如太阳能电池。了解太阳能的使用还有些没有解决的问题，如成本高、功率小、太阳能转化的效率还比较低等。核能是原子核内部蕴藏的巨大能量，获得核能的途径，一是裂变，二是聚变。
板书设计
20.2 开发新能源
一、太阳能
太阳能的利用：转化为内能和电能。
二、核能
裂变、聚变
课件29张PPT。20.2 开发新能源第二十章 能源与能量守恒定律动、植物的生长，人类的活动都无法离开太阳。你是否了解太阳？一、新课导入太阳 —— 巨大的核能火炉与地球相比较：
距离——1.5亿千米
直径——110倍
体积——130万倍
质量——33万倍
核心温度——1500万摄氏度二、太阳能——永恒的动力之源氢原子核→ 聚变→ 核能
巨大的“核能火炉”二、太阳能——永恒的动力之源太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。人类的日常生活，无法离开阳光。二、太阳能——永恒的动力之源 太阳是人类能源的宝库。今天我们开采的化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。天然气层石油层二、太阳能——永恒的动力之源太阳辐射到地球上的能量是怎样转化的呢？二、太阳能——永恒的动力之源三、太阳能的利用三、太阳能的利用 2010年，上海世博会中国馆采用了大量先进的太阳能光伏技术。中国馆三、太阳能的利用 2020年，世博会在迪拜举行。如图是迪拜世博会的主题馆——梦幻太阳能天棚。梦幻太阳能天棚三、太阳能的利用太阳能技术的优缺点优点：能源易获取、不排放CO2、能源量大和可持续性强等。缺点：能源分散、受自然条件限制、转化效率低和成本较高等。三、太阳能的利用 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，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。二、核能 原子核内部蕴藏的巨大能量叫做原子核能，简称核能。链式反应示意图 核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核，主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。二、核能链式反应示意图 用中子轰击铀235 原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子。二、核能链式反应示意图 这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。二、核能 核电站利用反应堆产生的内能，通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。1942 年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。二、核能 1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。二、核能 核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应。 氚核、氘核在超高温下聚合成氦核，释放出核能。二、核能 氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。二、核能海水中蕴藏着大量丰富的氘核。二、核能 科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。二、核能三、典型例题1．下列关于太阳能的利用说法正确的是（ ）
A．绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B．太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C．太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
A三、典型例题2．如图是一款太阳能座椅，椅子顶部安装的硅光电池板，可储备能量供晚间使用。下列说法正确的是（ ）
A．硅光电池板是由超导材料制成的
B．硅光电池板可以将太阳能转化为电能
C．太阳能来源于太阳内部氢核的裂变
D．太阳能属于不可再生能源B三、典型例题3．市场上有一种装有太阳能电扇的帽子，如图所示，它在阳光的照射下，电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是：（ ）
A．太阳能→机械能→电能
B．太阳能→电能→机械能
C．机械能→太阳能→电 能
D．电能→太阳能→机械能
B三、典型例题4．如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将其他形式的能转化为电能
C三、典型例题5．下列对2019年最新热播影片《流浪地球》中出现的情景解释错误的是（ ）
A．核聚变反应——释放大量能量
B．核聚变反应——元素种类不变
C．地球表面的水变成冰——凝固
D．地球上短波通讯受影响——太阳活动增强
B四、课堂总结2．核能：3．裂变：（1）可控链式反应：核反应堆
（2）不可控链式反应：原子弹4．聚变：将某些质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，会释放出巨大的核能，这就是聚变。获得核能的两种途径：裂变和聚变1．太阳能及利用：转化为内能和电能。再见
