20.2 能源的开发和利用（教学课件）-【上好课】九年级物理全一册同步高效课堂（沪科版）

第二十章 能源、材料与社会 上海科学技术出版社 义务教育物理课程标准实验教科书编写组  编著 能源的开发和利用 第二十章 能源、材料与社会 第二节 学习目标 1. 了解什么是能源，知道哪些属于可再生能源，哪些属于不可再生能源。（物理观念） 2. 知道能源与人类生存和社会发展的密切关系，知道人类发现、开发、利用能源的历史就是其认识自然、理解自然的历史，并能通过具体的事例进行说明。（物理观念、科学思维） 3. 了解能源的利用和开发在推动社会进步的同时，也带来了能源的危机，造成对环境的污染和生态的破坏，学会辩证地思考问题，关注自然，关注社会。（科学思维、科学态度和责任） 4. 了解直接利用太阳能的两种方式。（物理观念） 5. 了解裂变和聚变，知道原子弹、氢弹的制造原理，知道核反应堆的作用以及核电站的原理和特点。（物理观念） 6. 了解除太阳能和核能以外的一些新能源，知道人类正在为开发新能源而努力。（物理观念、科学态度和责任） 课堂总结 02 课后作业全解 03 学习新课 01 综合提升训练 04 目录导航 导入新课 想一想：我们生活、生产中用的这些能量它们来源于哪里？我们利用了哪些种类的能源？ 生产和生活中利用的这些能量，是通过不同的能源提供的。今天我们一起了解能源的利用和发展历史。 学习新课 01 第二节 能源的开发和利用 知识一、能源与社会 1. 能源 （1）概念：凡是能够提供能量的物质资源都可以称为能源。 （2）各种能源 ①化石能源 我们使用的煤、石油、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生物质能 由生命物质提供的能量称为生物质能。生物质能可以理解为生物机体物质发生化学变化时释放的能量。例如，食物分解和柴薪燃烧等都提供了生物质能。 ③太阳能 由太阳辐射提供的能量。 知识一、能源与社会 ④水能、风能：由自然界中的流水和风提供的能量。 ⑤地热能：由地球内部提供的一种内能。 新西兰陶波菲尔德地热发电站 知识一、能源与社会 ⑥电能：由其他形式的能转化而成的供各种用电器使用的能源叫做电能。 西藏山南市雅鲁藏布江峡谷藏木水电站 知识一、能源与社会 知识一、能源与社会 2. 能源的分类 能源家族成员种类繁多，而且新成员不断加入。能获取有用能量并为人类利用的各种能源都可以加入到能源家族中来。能源家族从不同的角度可以划分不同的类别，根据能源使用之后能否在短期内再生可分为可再生能源和不可再生能源。 （1）可再生能源 可以长期提供或可以再生的能源属于可再生能源。例如，太阳能、风能、水能以及生物质能等。 知识一、能源与社会 （2）不可再生能源 一旦消耗就很难再生的能源属于不可再生能源。例如，煤、石油、天然气和铀矿这类化石或矿物能源。 露天铀矿 知识一、能源与社会 3. 人类利用能源的历程 （1）柴薪能源时代 钻木取火是人类利用能源的历史上的第一次能源革命。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。 （2）化石能源时代 蒸汽机的发明是人类利用能源的里程碑，直接引发了第二次能源革命，人类进入工业 化社会。人类的主要能源由柴薪转向煤。 钻木取火 蒸汽机的应用 知识一、能源与社会 （3）电能时代 通过对电和磁的研究，物理学家发现了电能，推动人类社会进入电气时代。 （4）核能时代 20世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。 核能发电 电能支撑的城市 知识一、能源与社会 4. 可再生能源与不可再生能源的区别 区分可再生能源与不可再生能源的主要依据是看能源使用之后能否在短期内再生，能否在自然界里源源不断地得到。 我们熟悉的不可再生能源有煤、石油、天然气、铀矿等。 我们熟悉的可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能等。 分类 代表事件 概念 实例 一次能源 可直接从自然界获得的能源 太阳能、电能、风能、水能、潮汐能、地热能等 化石能源、风能、水能、太阳能、地热能、核能、潮汐能等 煤、石油、柴薪等 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 电能、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 污染能源 使用时对环境没有污染或污染较轻的能源 使用时对环境污染较重的能源 按照人类开发早晚 新能源 常规能源 人类已经利用多年的能源 人类新近才开始利用的能源 煤、石油、天然气及水能等 核能、太阳能、潮汐能、地热 能、风能、生物质能等 　5. 总结——能源的分类 按照获 取方式 知识一、能源与社会 　视频欣赏——《人类利用能源的历程》 知识一、能源与社会 【例题1】科普小组的同学调查了我省不同类型的发电站，其中利用不可再生能源发电的是（　　） A．小浪底水电站 B．孟津风力电站 C．郑州燃气电站 D．博爱光伏电站 A．小浪底水电站是利用水能发电，水能是可再生能源，故A不符题意； B．孟津风力电站是利用风能发电，风能是可再生能源，故B不符题意； C．郑州燃气电站是利用天然气发电，天然气是化石能源，会越用越少，是不可再生能源，故C符合题意； D．博爱光伏电站是利用太阳能发电，太阳能是可再生能源，故D不符题意。 故选C。 C 知识一、能源与社会 能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球，这已经成为一个全球性的重大课题。 知识二、能源与环境 1. 煤的燃烧 煤的燃烧会产生大量的二氧化碳气体和烟尘， 造成空气污染。 大气中的二氧化碳的浓度增大，导致温室效应 增强，全球变暖，危害生态平衡。 2. 火力发电 火力发电厂发电时所产生的“余热”会引起热污染。 3. 石油污染 泄漏的石油污染海洋；汽车排放的尾气和各种工业废气笼罩在城市的上空。 人们正在清理海上漂浮的石油 烟雾笼罩的城市 【例题2】能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。关于能源的开发和利用，下列说法不正确的是（　　） A．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的 B．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔 C．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径 D．煤是不可再生能源，而且以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染 C 知识二、能源与环境 A.能量的转化和转移是有方向性的，具有不可逆性，故A正确，不符题意； B.太阳能是一次能源，是一种新型的无污染的能源，太阳能是取之不尽的能源，可直接利用且对环境的污染小，前景广阔，故B正确，不符合题意； C.核能是不可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径，故C错误，符合题意； D.煤不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染，故D正确，不符合题意。 知识二、能源与环境 故选C. 知识三、开发新能源 1. 太阳能 （1）太阳能的优点 ① 太阳能的“储量”十分巨大，取之不尽，用之不竭； ② 太阳能分布广阔，不需要运输，投入小，收益太； ③ 太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来汚染； ④ 使用方便、安全； ⑤ 可以节约化石能源，缓解人类能源危. 知识三、开发新能源 （2）太阳能的直接利用 ① 把太阳能转化为内能 实质上是光热转换。例如 ，生活中的太阳能热水器、太阳房 、太阳灶、太阳能温室 ，生产中的太阳能干燥系统、太阳能冶炼、太阳能土壤消毒杀菌技术，太阳能空调与太阳能建筑等。 一种家庭常用的太阳能热水器 知识三、开发新能源 ② 把太阳能转化为电能 实质上是光电转换，如太阳能电池。太阳能电池可以有效吸收太阳能，并将其转化成电能，它是用半导体硅、硒等材料制作成的将太阳的光能转化为电能的器件，可做人造卫星、航标灯、交通信号灯等的电源。现在不少城市开始使用太阳能路灯，有些家用灯具也使用太阳能电池。 太阳能路灯 （3）太阳能的间接利用 人类开发利用的地球上的煤、石油 、天然气和生物质能等，都是太阳能长期转化积累形成的；风能、水能实质上也是由太阳能转化而来的。 2. 核能 由于原子核的变化而释放出的巨大能量叫做核能。核能的开发和利用采用以下两种方式：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。 知识三、开发新能源 （1）核裂变 ① 概念：较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。研究发现，铀原子核在中子的轰击下将会产生裂变反应。 每一个铀原子核的裂变除了要产生大量的热量以外，还要产生2到3个以上的中子。 ② 说明：原子核在裂变时，能够释放出巨大的能量 。1kg铀全部裂变，释放的能量超过 2000 t 煤完全燃烧时释放的能量。 ③链式反应 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，使其他铀核发生裂变……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量的核能。这就是裂变中的链式反应（如图所示）。 知识三、开发新能源 ④ 核电站 a. 核心设备：核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。 b. 核反应特点：核反应堆中发生的链式反应是可控的，核反应堆能缓慢地释放出核能。 知识三、开发新能源 c. 核电站的工作原理：它以铀为核燃料，反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能。 d. 能量转化：核能→内能→机械能→电能。 ⑤ 原子弹 а.原理：链式反应不加控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出巨大的能量。 b.特点：威力巨大，破坏力强，爆炸地长时间有放射性残留，不再适宜人类居住。 知识三、开发新能源 我国第一颗原子弹爆炸 （2）核聚变 ①概念：核聚变是较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。它是产生核能的另一种方式。 如图所示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。 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。 知识三、开发新能源 ②聚变的应用 a. 氢弹：大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量，氢弹就是利用这一原理制成的。 b. 现在无法和平利用：迄今，人们还不能像控制核裂变那样，使核聚变在人工控制的条件下进行。 c. 太阳内部时刻进行着大規模的聚变，并以电磁波的形式向外释放核能，这就是太阳能的来源。 知识三、开发新能源 利用核聚变原理制造的氢弹爆炸时产生的巨大的蘑菇云 3. 地热能 地球内部热量透过岩层向外释放，这种“大地热流”产生的能量称为地热能。 目前世界上巳有近二百座地热电站投入运行。 地热能在地球上的蕴藏量非常丰富，可供人类消耗几百亿年，是取之不尽、用之不竭的清洁能源。 知识三、开发新能源 地热能发电厂 4. 潮汐能 潮汐是由于月球、太阳对地球的引力作用而产生的。 潮汐能可用于发电，且成本低，污染少，是一种很有发展潜力的新能源。在潮汐能较大的地方修建潮汐电站，当涨潮和落潮时，水流推动水轮机转动发电。图是一种利用潮汐能发电的示意图。 知识三、开发新能源 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，储存着能量。 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。 5. 风能 风能是指空气高速流动的能量。风具有很大的能量。这种能量可以给人类带来极大的破坏，拔起大树，吹倒房屋……  但我们也可以利用风能为人类服务。 人们很早就学会了利用风能行船、抽水、磨谷…… 风能还可以用来发电。 知识三、开发新能源 新疆达坂城的风力发电场 【例题3】如图，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能转化为电能，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是一种不可再生能源 B．蓄电池为汽车提供动力时，将电能转化为化学能 C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能 D．太阳能汽车将太阳能转化为内能，再将内能转化为动能 A．太阳能取之不尽、用之不竭，所以是可再生能源，故A错误； B．蓄电池为汽车提供动力时，将化学能转化为电能，故B错误； C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能，有一部分太阳能会转化为内能等其它形式的能，故C正确； D．太阳能汽车将太阳能转化为电能，再将电能转化为动能，故D错误。 C 知识三、开发新能源 故选C. 【例题4】能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　） A．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径 B．煤是不可再生能源，以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染 C．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔 D．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的 A 知识三、开发新能源 A．核能是不可再生能源，故A错误，符合题意。 B．煤不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染，故B正确，不符合题意； C．太阳能是一次能源，是一种新型的无污染的能源，太阳能是取之不尽的能源，可直接利用且对环境的污染小，前景广阔，故C正确，不符合题意； D． 能量的转化和转移是有方向性的，具有不可逆性，并不是所有的能量都可以被利用，所以我们需要节约能源，故D正确，不符合题意。 故选A. 知识三、开发新能源 02 课堂总结 第二节 能源的开发和利用 课堂总结 能源的开发和利用 ①能源：能够提供能量的物质资源称为能源. ②各种能源：化石能源、生物质能、太阳能、水能、 风能、地热能、电能等. ③能源的分类：可再生能源、不可再生能源. ④人类利用能源历程：柴薪能源→化石能源→电能→核能. 能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏. ①太阳能：优点；直接利用、间接利用. ②核能：核裂变与应用、核聚变与应用. ③地热能：地球内部热量透过岩层向外释放. ④潮汐能：由于月球、太阳对地球的引力作用产生. ⑤风能：风能可以用来发电. 开发新能源 能源与环境 能源与社会 03 课后作业全解 第二节 能源的开发和利用 课后作业全解 1．请你在下表的空格中至少填上 3 个能量转化的实例（每个空格限填1例），形式如示例。 摩擦生热 电池充电 发电机发电 太阳能电池发电 内燃机 点燃的蜡烛 课后作业全解 2．随着世界性能源危机的日益加剧，一向为人们所唾弃的垃圾也身价倍增，变成了能源再生的“宝库”。利用垃圾的一种方式就是将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气，这些沼气燃烧，产生高温燃气，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电。 （1）根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整。 （2）垃圾填埋后产生的沼气是一种 ______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比有哪些优点：______________________。 机械能 内能 可再生 环保（或者节能） （1）根据上面的短文可知能的转化过程为：沼气具有化学能，通过燃烧的方式获得内能，高温的燃气内能推动汽轮机转动转化为机械能，机械能带动发电机旋转获得电能。 （2）垃圾填埋后产生的沼气可以通过此方式源源不断的获得，所以是一种可再生能源。利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比可以节约能源，减少对环境的污染。 课后作业全解 3．请调查一下，你的家乡是否有正在开发的新能源。如果有，看看这些能源是怎样被开发利用的。 中国现在是新能源领域的领头羊，风能、太阳能、水能，还有各种生物质能，都在大力开发。比如说风能，咱们有很多风力发电站，像内蒙古、甘肃那些地方，风大得能让风车转得飞快，发的电就够好多人用了。 太阳能也是个大热门，中国有很多地方光照充足，比如青海、新疆，那里有很多太阳能电池板，把太阳的光变成电。 还有水能，咱们有很多水电站，利用水流的力量来发电。比如三峡大坝，那就是个超级大的水电站，发的电可多了！ 生物质能也很有意思，就是用农作物、树木这些来发电或者做燃料。比如有些工厂就用废弃的农作物来做燃料，既环保又节能。 课后作业全解 4．请设计一个利用太阳能的装置。 设计一个利用太阳能的装置，我们可以考虑一个常见的应用：太阳能热水系统。这种系统利用太阳能集热器收集太阳辐射能，将其转换为热能，用于加热水，适用于家庭热水供应、游泳池加热等多种场合。例如：可以在房顶放上铁皮水箱，利用太阳能加热水箱中的水来进行淋浴。 课后作业全解 课后作业全解 1. 能研制出既能食用又能作为电池的“水果”吗？ 答：目前已经研制出既能食用又能作为电池的“水果”电池。‌例如，意大利技术研究院的一个研究团队成功发明了世界上首款完全可充电、可食用的电池产品。这种电池以维生素B2为阳极，苹果中常见的檞皮素为阴极，利用活性炭增强导电性，使用海苔防止短路，电极被包裹在蜂蜡中。这种电池能产生0.65伏的电压，足够安全地食用。‌ 课后作业全解 答：‌‌氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，具有燃烧热值高、零碳排放、便于储备和运输等优点‌。 氢能作为清洁能源的重要组成部分，在未来的能源舞台上有望成为一种举足轻重的能源，其制取、储存、运输、应用技术也将成为关注的焦点‌。 2. 示例：社会的发展需要能源，除了教材提及的能源外，你还能想到哪些能源将来有一天会被人类使用? 04 综合提升训练 第二节 能源的开发和利用 1. 出行是人们工作、生活必不可少的环节，出行的工具多种多样，使用的能源也不尽相同。自行车、太阳能小车和电力机车所消耗能量的类型分别是（ ） ①生物能；②核能；③电能；④太阳能 A．①②③ B．①④③ C．①②④ D．②④③ 自行车要运动靠人蹬来驱动，故消耗的是人的生物能①；太阳能小车消耗太阳能④；电力机车是靠电机来驱动，消耗的是电能③； 故选B。 B 综合提升训练 2. 发展是人类永恒的主题，能源与社会发展关系密切。关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．煤、石油属于可再生能源 B．太阳能电池可以将太阳能转化为电能 C．能量是守恒的，我们不需要节约能源 D．核电站是利用核聚变释放的能量进行发电 B A．煤、石油不能短时期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误； B．太阳能电池工作时，消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能，B正确； C．能量是守恒的，但是能量的转移或转化是有方向性的，所以节约能源势在必行，故C错误； D．核电站是利用核裂变时释放的能量进行发电的，不是核聚变，故D错误。 所以选B. 综合提升训练 综合提升训练 3．能源问题已经严重影响着当今世界和平发展，因此各国大力提倡使用可再生能源。下列能源中是不可再生能源的是（　　） A．太阳能 B．风能 C．水能 D．天然气 通过天然作用再生更新，从而为人类反复利用的资源叫可再生资源；经人类开发利用后，在相当长的时期内不可能再生的自然资源是不可再生资源。其中太阳能、风能、水能可以源源不断的在自然界中获取，取之不尽，属于可再生能源，而天然气随着人类的开发越来越少，属于不可再生能源。 D 故选D。 综合提升训练 4. 中国是一个负责任的大国，为构建人类命运共同体而不懈努力，实现可持续发展已成为21世纪各国的任务。能源可按不同方式分类，如图，下列四组能源中，能归入图中阴影部分的一组是（　　） A．煤炭、沼气 B．太阳能、风能 C．水能、天然气 D．石油、核能 B 能归入图中阴影部分的能源应该是来自太阳的热辐射， 并且是可再生能源和新能源。 A．煤炭、沼气不是可再生能源也不是新能源，A不符题意； B．太阳能、风能是来自太阳的热辐射，并且是可再生能源和新能源，故B项符合题意； CD．天然气、石油和核能都是不可再生能源，故CD项不符合题意. 所以选B。 综合提升训练 5．核能是一种_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控________（选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放核能的设备。核电站中的汽轮机属于_______（选填“发电机”“电动机”或“热机”）。 能够短时间内从自然界得到补充的是可再生能源，短时间得不到补充的是不可再生能源。核能属于一旦消耗就很难再生的能源，是不可再生能源。 核裂变和核聚变都能释放能量，对于核裂变是可控的，如核电站的核反应堆就是通过核裂变提供能量的；核电站是利用可控的核裂变释放能量来发电的。 热机的种类很多，内燃机、蒸汽机、汽轮机、喷气发动机都是热机。核电站中的汽轮机是利用内能工作的，属于热机。 热机 不可再生 核裂变 综合提升训练 （1）有些沙漠紧邻大海，_____（白天/晚上）风通常从 大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。 （2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器﹣WaterSeer， 如图所示，利用风能这种_____（可再生/不可再生）能源，借助 风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。 （3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的 __________（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。 （4）空气中的水蒸气在金属管中部_____（吸/放热），液化成水滴，水滴在_____力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。 （5）WaterSeer每天可以收集约37L饮用水，合_____kg，应用前景十分乐观。（ρ水＝1.0×103kg/m3） 6. 沙漠集水器。 白天 可再生 导热性 放 37 重 （1）由于砂石和海水的比热容不同，海水的比热容大于砂石的比热容，白天，在同样太阳光的照射下，沙漠和大海升温和降温的快慢不同，从而使空气形成对流．白天，沙漠比大海升温快，地面热空气密度较小，热空气上升，海面较冷的空气就会来补充，于是冷空气沿海面吹向沙漠，形成海风． （2）风能能够源源不断的从自然界得到，属于可再生能源． （3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的导热性好，使得金属管中部温度也降低． （4）空气中的水蒸气在金属管中部液化放热成水滴，水滴在重力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器． （5）水的体积V＝37L＝37dm3＝0.037m3，水的质量： m＝ρV＝1.0×103kg/m3×0.037m3＝37kg. 综合提升训练 Lavf59.27.100 $$