第二十章　能源与能量守恒定律 教案 2024-2025学年沪粤版物理九年级上册

20.1　能源和能源危机 20.2　开发新能源 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 1.了解人类开发和利用能源的历程、世界能源消耗结构和我国能源消耗结构的不合理状况。 2.能列举出常见的不可再生能源和可再生能源。 3.了解直接利用太阳能的两种途径。 4.了解核裂变、核聚变,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。 重点:能源的分类及特点。 难点:什么是可再生能源和不可再生能源、核能的利用。 【新课导入】 导入1:谈话导入 21世纪,“能源”称为国家间竞争的焦点。人类的一切物质活动,都离不开能源的支持。如今,能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题,正威胁着人类的生存与发展。探索新能源,是人类面对即将到来的能源困境,寻求可持续发展的一条生路。能源危机背景下如何生存,是人类共同面对的问题,让我们一起来找寻答案。 导入2:问题导入 (1)人类利用能源的历史经历了哪四个时期? (2)什么是可再生能源、不可再生能源? (3)什么是一次能源、二次能源? (4)能源是否存在危机,人们该如何有效应对? 【课堂探究】 探究点一　能源和能源危机 1.人类利用能源的历史 阅读教材P70~71“人类利用能源的历史”,完成下列任务。 (1)人类利用能源的历史可概括为　薪柴时期　、　煤炭时代　、　石油时代　;21世纪将是　太阳能　、　核能　时期或是　多元化能源　时期。  (2)人类文明的萌芽——　薪柴生火　,工业社会的“粮食”——　煤炭　,现代社会的“血液”——　石油　。  2.能源危机的挑战 阅读教材P72“能源危机的挑战”,完成下列问题。 (1)能源可分为　不可再生　能源和　可再生　能源。可再生能源有　太阳能　、　水能　、　风能　、　地热能　、　海洋能　、　潮汐能　等;不可再生能源有　木柴　、　煤　、　石油　、　天然气　等。  (2)现在世界能源消耗中,80%以上是　不可再生　能源,其中石油约占　31%　,煤约占　27%　,天然气约占　25%　。  (3)2021年我国的能源结构中,各种能源的比重大约为：煤　56%　、石油　18.5%　、天然气　8.9%　、其他(水电、核电、风电等)　16.6%　。  (4)我国的能源危机是　能源消耗结构不科学、不合理　;　人均拥有能源的数量少　;　能源利用率低　;　能源供需矛盾突出　。  探究点二　开发新能源 1.太阳能——永恒的动力之源 阅读教材P74~75“太阳能——永恒的动力之源”,跟同学交流后回答下列问题。 (1)为什么太阳能是最具开发价值的能源? 　太阳是个巨大的能源,它不断向四周辐射以光和热为主要形式的能量,其中到达地球表面的太阳辐射功率达1.7×1014kW。直接利用太阳能不会污染环境,因此它是最具开发价值的能源　。  (2)吸收与利用太阳能的主要途径是哪四种? 第一种:　通过植物的光合作用　;第二种:　通过大气和水分的升腾循环　;第三种:　通过海洋的吸收　;第四种:　直接利用　。  (a)被植被、微生物吸收　 (b)使大气、水分升腾循环 (c)被海洋吸收 　(d)直接利用 吸收和利用太阳能的四种主要途径 (a)太阳能热水器将太阳能直接转化成内能 (b)太阳能发电站利用太阳能电池直接将太阳能转化成电能 (c)光合作用 2.核能——造福人类的“神火” 阅读教材P76~78“核能——造福人类的‘神火’”内容,师生交流讨论完成下列问题。 (1)释放核能的方式有两种:一是使原子核发生　核裂变　,二是使原子核发生　核聚变　。  (2)说出核裂变和核聚变的特点。 　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,是一种链式反应;核聚变是在超高温条件下,将两种质量较轻的原子核聚合成一个较重的原子核,是一种热核反应　。  教师讲解核电站的工作原理:在核反应堆里的核燃料裂变释放的核能转化为反应堆的内能,使反应堆温度升高,利用不锈钢管里的循环水把热引导出来,使蒸汽发生器里的水受热变成蒸汽,推动涡轮机旋转,带动发电机发电;从涡轮机出来的蒸汽,通过凝汽室到冷却塔凝结成水,再回到蒸汽室里吸热变成蒸汽。在建造核电站时为避免可能带来的安全问题,都采用了有效的防护措施,它对环境的污染完全可以做到比火力发电站少得多,但在历史上也发生过几次事故,主要是放射性物质的泄漏。 能源 1.下列能源中属于可再生能源的是(D) A.煤炭 B.石油 C.核能 D.风能 2.“华龙一号”是我国核电走向世界的“国家名片”,2021年1月30日在福建福清投入商业运行,这对助力碳达峰、实现碳中和具有重要意义。“华龙一号”核电站反应堆内的核反应是(A) A.可控的裂变 B.不可控的裂变 C.可控的聚变 D.不可控的聚变 3.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题,对此以下措施可行的是(A) A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电,不浪费和人为毁坏物品 B.关闭现有的火力发电站 C.各地都要新建水力和风力发电站 D.停止使用石油资源,而以核能和太阳能取代 4.太阳是太阳系中唯一的恒星,每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中,错误的是(D) A.煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自太阳能 B.生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的 C.地球上的水循环是由太阳能推动的 D.太阳能来源于太阳内部的核裂变 5.日本福岛第一核电站因冷却系统的故障,导致严重的核泄漏事故,引起全世界的关注。 (1)核电站是利用原子核发生　裂变　(选填“裂变”或“聚变”)释放能量来发电的。  (2)如图所示为核能发电中能量转化的过程,请将其补充完整。 1.海洋能 海洋能是指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。一望无际的大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量,它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里,不像在陆地和空中那样容易散失。 2.新能源 新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面与深层之间的热循环等;此外,还有氢能、沼气、酒精、甲醇等,而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源,称为常规能源。 20.3　能的转化与能量守恒 20.4　能源、环境与可持续发展 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 1.知道各种形式的能是可以相互转化的,了解能量转移和能量转化过程中的方向性。 2.知道能量守恒定律,知道永动机不可能制成。 3.了解能源对环境的影响。 4.树立保护环境的意识,能从环境保护的重要性中体会可持续发展观点的意义。 重点:能量守恒定律,能源的使用对环境的影响 难点:理解能量守恒定律。 【新课导入】 导入1:复习导入 如图所示,滚摆从最高点向下运动然后由最低点再次向上运动,但每次到达的最高点都不如前一次的高,这一现象是否说明滚摆在上下运动的过程中能量正在减少?当滚摆静止后是否说明能量已经消失? 导入2:图片导入 展示几幅“永动机”图片,教师简述工作过程,设问:这样的机械能否解决能源危机? 导入3:情境导入 同学们每天要吃饭、喝水,用什么来煮饭、烧水呢?外出旅游是怎样去的?说明在日常生活中离不开能源。人类社会的发展进步离不开能源的使用,每一次能源革命都给人类社会带来了重大的变革。煤、石油、天然气等化石能源的利用,使人类获得大量的内能,给人类文明带来进步,但同时给人类带来环境污染,造成危害。如这些燃料在燃烧过程中产生了大量的有害气体,造成了大气污染,不但直接损害人体健康,而且会影响动植物的正常生长。因此环境保护已经成为一个全球性的重大课题。 【课堂探究】 探究点一　能的转移与转化 1.能量的转移 阅读教材P81“能量的转移”,回答下面的问题。 用热水袋取暖是　内能　发生了转移;一个球下降,另一个球上升是　机械能　发生了转移;发电站产生的电能通过输电线送到用户是　电能　发生了转移。  2.能量的转化 读一读:阅读教材P82“能量的转化”,回答下面的问题。 电池充电时,　电能　转化成　化学能　;电池放电时,　化学能　转化成　电能　。  小结:由上面实例表明,能量不仅可以　转移　,而且各种形式的能量在一定条件下还可以相互　转化　。  3.在教师引导下,与学生共同完成下列问题。 (1)电动机带动水泵把水送到高处,　电　能转化为　机械　能。  (2)燃料燃烧时发热,　化学　能转化为　内　能。  (3)热机的做功冲程,　内　能转化为　机械　能。  (4)风吹动帆船前进,　风　能转化为　机械　能。  (5)热水瓶中的水蒸气把瓶塞冲起,　内　能转化为　机械　能。  探究点二　能量守恒定律 　阅读教材P83~84“能量守恒定律”,回答问题。 (1)历史上两种永动机的模型分别是　亨内考　的永动机和　列奥那多　的永动机。  (2)制作“永动机”失败的原因是:　能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,不用消耗能量就能使机器运转是不现实的,它违背了能量守恒定律　。  小结:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一个物体　转移　到其他物体,或者从一种形式　转化　为其他形式。能量在　转移　和　转化　的过程中,能的总量保持不变。这就是能量守恒定律。  探究点三　能在转移和转化过程中的方向性 　阅读教材P84~85“能在转移和转化过程中的方向性”,师生共同讨论后完成下列问题。 (1)在内能的转移过程中,内能总是自动地从　高温　物体向　低温　物体转移。  (2)大量事实表明,能的转化和转移过程是有　方向性　的,多数能源在消耗过程中,用一点就少一点,不能　再生　;此外,尽管在转化过程中能量是守恒的,但总有相当一部分的能量是不能被有效利用的,成为“　无用的能量　”。  (3)节约能源的根本措施有:　采用新技术、新设备　,　改进工艺流程　,　减少能的转化次数　,　充分利用余热　,　用高效节能的新产品代替高耗低效的旧产品等　。  探究点四　能源与环境 　阅读教材P86~89“能源与环境”,完成下列问题。 (1)过量的　二氧化碳　、　氟氯烃　等气体排放到大气中后,会集聚成一个温室气体层,使地球表面的辐射热不易向空间散发出去,导致全球的平均温度升高,形成　温室效应　。  (2)温室效应的严重后果有:　海平面升高　,　近海岸和岛国淹没　,　生物圈平衡遭破坏　,　海水倒灌　等。  (3)　二氧化硫　、　氮氧化物　等,与大气中的水汽结合形成酸雨。  (4)酸雨的危害是　导致土壤酸化,使树木等植物难以生长　。  (5)空气中铅的含量增加,将导致儿童　智力下降　,易使成年人患　高血压、心脏病、中风　等疾病。  探究点五　绿水青山就是金山银山 　阅读教材P89~90“绿水青山就是金山银山”,学生交流保护环境的具体做法。 小结:①　减少能源利用对环境的污染和破坏,做到可持续发展,如多利用水能、风能、太阳能,少使用煤炭　。②　改进利用传统能源的技术,煤变油或煤变气　。③　大力开发无污染的“绿色能源”,如沼气、电动汽车、太阳能电池　。  1.能源的转化与能量守恒 (1)能的变化方式:①转移;②转化。 (2)能量守恒定律。 (3)能量转化和转移的方向性。 2.能源环境与可持续发展 (1)能源与环境:①温室效应;②酸雨;③铅尘。 (2)绿色能源开发。 1.电动机已广泛应用到现代化生活了,如电动汽车、电动摩托车、电风扇、电动耕田机等,对其工作过程中能量转换表述正确的是(A) A.电能转化成机械能 B.机械能转化成电能 C.太阳能转化成机械能 D.内能转化成机械能 2.下列关于能量的转移与转化的方向性的描述正确的是(B) A.机械能可以转化为内能,内能不可以转化为机械能 B.热量能自发地从高温物体传向低温物体 C.内能可以全部转化成机械能,而不产生其他影响 D.自然界的一切物理过程都是不可逆的 3.有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是(B) A.装置所具有的机械能始终不变 B.如果没有能量补充,装置最终会停下来 C.根据能量守恒定律,装置可以一直转动下去 D.装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 4.据报道,珠穆朗玛峰变“矮”了,专家分析研究是全球变暖、冰雪融化所致。你认为该现象反映的环境问题是　温室效应　,针对这个问题,请你提一条合理化建议:　大力植树造林　。  5.为应对气候变化,我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。请列举一种会导致二氧化碳排放比较大的能源　石油　。作为普通百姓,也可以为减排做贡献,请举一例　绿色出行,出门尽量不开车　。  1.我国的能源危机 我国当前正逢能源高消耗期来临,中石油、中石化、中海油三家国有石油巨头纷纷“走出去”开发国际市场,我国政府也积极开展能源外交。我国能源危机是能源政策的危机,三条建议受到了国家的重视。第一,出台相关配套政策,加快非公经济准入进程。第二,简化报批操作程序,加快能源政策落地。第三,推进新清洁能源产业化,加快行业标准与产品标准的出台。 2.永动机 轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大,这样轮子就会永无休止转动下去。由杠杆平衡原理可知,右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大,但是重物的个数却较少,总会有一个适当的位置,使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩)恰好相等而抵消,使轮子达到平衡而静止下来。 3.温室效应 温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应,即太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收,从而产生大气变暖的效应。如果没有大气,地表平均温度就会下降到-23 ℃,而实际地表平均温度为15 ℃,这就是说温室效应使地表温度提高 38 ℃。大气中的二氧化碳浓度增加,阻止地球热量的散失,使地球发生可感觉到的气温升高,这就是有名的“温室效应”。 4.酸雨 酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中,吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化物等物质,形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为地向大气中排放大量酸性物质所造成的。我国的酸雨主要因大量燃烧含硫量高的煤而形成的,多为硫酸雨,少为硝酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。我国一些地区已经成为酸雨多发区,酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。 学科网（北京）股份有限公司 $$