11.3.能源 导学案-2024-2025学年教科版九年级下册物理

课题 第十一章 能源与可持续发展 11.3 能源 导学目标 （1）了解能源的概念，能列举常见的能源，并能根据不同标准对能源进行分类。 （2）认识化石能源、核能等重要能源，知道它们的来源和利用方式，理解它们在现代社会中的重要地位和面临的问题。 （3）了解可再生能源和不可再生能源的特点，能区分常见的可再生能源和不可再生能源，认识合理利用能源和开发新能源的重要性。 （4）知道能源与人类社会发展的关系，树立节约能源、保护环境、可持续发展的意识。 重点 能源的分类方法；化石能源、核能的特点及利用；可再生能源和不可再生能源的区别。 难点 从能源的使用过程理解能量的转化和转移，以及能源利用对环境的影响；核能的理解和应用中的相关问题。 导学方法 讲授法、讨论法、资料分析法 课时 1课时 导学过程 课前导学 1. 能源的概念：能够提供______的物质资源叫做能源。像煤、石油、天然气，它们燃烧时可以提供______能，所以是能源。木材、草类、肉类等也可以提供______能，同样属于能源。常见的能源还有风能、水能、太阳能、电能等，这些能源能为我们的生活和生产提供各种各样的______。 2. 能源的分类 （1）按能源的产生方式分类：可以分为一次能源和二次能源。直接从自然界获取的能源，叫做______能源，如煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、核能等。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，叫做______能源，例如电能。电能是由其他形式的能转化而来的，如火力发电是将煤燃烧的______能转化为电能；水力发电是将水的______能转化为电能。 （2）按能源是否可以再生分类：可分为可再生能源和不可再生能源。可以在自然界里源源不断地得到的能源，属于______能源，比如太阳能、风能、水能、生物质能等。太阳能每天都会照耀大地，风能在地球上的很多地方都能持续存在，水在自然界通过循环不断地补充，生物质能可以通过植物的生长等不断再生。而越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充的能源，属于______能源，像煤、石油、天然气这些化石能源，它们是古代生物经过漫长的地质年代形成的，形成过程极其缓慢，用一点就少一点，短期内无法再生；核能所利用的核燃料，如铀等，在地球上的储量也是有限的，也属于不可再生能源 。 （3）按能源利用的历史分类：分为常规能源和新能源。人类已经利用多年的、技术上比较成熟的能源，叫做______能源，如煤、石油、天然气、水能等。近若干年才开始被人类利用或过去已被利用现在又有新的利用方式的能源，叫做______能源，像太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能等。 3. 常见的能源 （1）化石能源：古代生物的化石沉积形成的一次能源，主要包括煤、石油、天然气。煤是由古代植物遗体经过复杂的变化形成的，石油和天然气是由古代海洋生物的遗体在地下经过漫长的地质作用形成的。它们是目前人类利用最广泛的能源，在日常生活和工业生产中发挥着重要作用。比如，汽车使用的汽油来自石油的提炼，家庭做饭用的天然气，发电厂燃烧煤来发电等。但化石能源的大量使用会带来环境污染问题，如燃烧煤会产生大量的烟尘、二氧化硫等污染物，造成酸雨、雾霾等环境问题，而且化石能源是不可再生能源，储量有限，面临着枯竭的危机。 （2）核能：核能是通过核反应从原子核释放的能量。获得核能有两种途径，一种是原子核的裂变，另一种是原子核的聚变。核裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的一种核反应，原子弹爆炸就是核裂变的应用，目前核电站也是利用核裂变来发电的。核裂变的原理是用中子轰击铀235原子核，使铀核分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出大量的能量，并产生更多的中子，这些中子又可以继续轰击其他铀核，引发链式反应，从而持续释放能量。核聚变是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应，太阳内部时刻都在进行着核聚变反应，释放出巨大的能量。核聚变目前还不能很好地被人类控制用于发电，但核聚变相比核裂变，具有原料丰富、安全清洁等优点，是未来能源发展的一个重要方向。不过，核能的利用也存在一定的风险，如核废料的处理问题，如果处理不当，核废料中的放射性物质会对环境和人类健康造成严重危害。 （3）可再生能源 （4）太阳能：太阳能是太阳内部氢原子核在超高温下发生核聚变释放出的巨大能量。太阳能具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优点。目前太阳能的利用方式主要有三种：一是太阳能热水器，它是将太阳能转化为______能，通过集热器吸收太阳能，使水的温度升高；二是太阳能电池，将太阳能转化为______能，广泛应用在卫星、太阳能路灯等领域；三是太阳能发电站，通过聚光等装置将太阳能转化为电能，实现大规模发电。但太阳能的利用也受到天气、地域等因素的限制，在阴天或夜晚，太阳能的获取就会受到影响，而且太阳能的能量密度相对较低，收集和转化效率还有待提高。 （5）风能：风能是空气流动所具有的动能。风力发电是利用风能的主要方式，风力发电机的叶片在风的作用下转动，带动发电机发电，将风能转化为电能。风能也是清洁、可再生的能源，我国在西北、沿海等风力资源丰富的地区，建设了许多大型风力发电场。不过，风力发电也有局限性，风速不稳定，有时风力过强或过弱都不利于发电，而且风力发电场的建设会受到地理条件的限制，需要选择在风力资源充足的地区。 （6）水能：水能是水体的动能、势能等能量资源。水力发电站是利用水能的主要场所，通过修筑大坝，提高水位，使水具有较大的重力势能，当水从高处流下时，重力势能转化为动能，推动水轮机转动，进而带动发电机发电，将水能转化为电能。水能发电成本低、无污染，但建设水电站会对生态环境造成一定的影响，比如可能会改变河流的生态系统，影响鱼类的洄游等。 （7）其他可再生能源：生物质能，是由生物质产生的能量，如木材、农作物秸秆等燃烧时释放的能量，也可以通过生物技术将生物质转化为沼气等能源；地热能，是来自地球内部的热能，人们可以利用地下热水、蒸汽等进行发电、供暖等；潮汐能，是由于月球和太阳对地球的引力作用，使海洋水面发生涨落而产生的能量，潮汐发电就是利用潮汐能转化为电能。这些可再生能源在能源结构中的比重逐渐增加，对缓解能源危机和保护环境具有重要意义。 课堂导学 1. 能源的概念深入理解：能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。除了前面提到的常见能源能为我们提供能量外，能源的形式其实多种多样。比如在一些特殊的工业生产中，还会用到氢能等能源。氢气燃烧时能释放大量的热，而且燃烧产物是水，对环境无污染，是一种很有发展前景的能源。能源的获取和利用方式也在不断发展变化，随着科技的进步，人们对能源的认识和利用更加高效、多样化。 2. 能源分类的详细讨论 （1）一次能源和二次能源的进一步区分：一次能源是能源的“源头”，它们直接存在于自然界中。以太阳能为例，它是太阳辐射出来的能量，不需要经过人为的加工转化，就可以被人类利用。而二次能源是对一次能源进行加工转换后得到的。比如电能，我们日常生活中使用的电，无论是来自火力发电、水力发电还是风力发电等，都是将其他形式的一次能源转化而来的。再如汽油，它是从石油（一次能源）中提炼出来的，属于二次能源。通过列举更多的例子，让学生更清晰地理解两者的区别。 （2）可再生能源和不可再生能源的特点及影响因素：可再生能源的“可再生”特性使其具有可持续发展的优势。以风能为例，只要地球存在大气环流，风就会持续存在，理论上风能是永远不会枯竭的。但在实际利用中，会受到地理条件和技术水平的限制。像在一些风力较小的地区，就不适合大规模建设风力发电场；而且目前风力发电技术在能量转换效率等方面还有提升空间。不可再生能源由于其储量有限，随着不断地开采和使用，面临着枯竭的问题。例如石油，全球的石油储量在逐渐减少，石油价格也会受到储量和供需关系的影响而波动。同时，不可再生能源的使用还会带来环境污染等问题，这也促使人们加快寻找替代能源的步伐。 （3）常规能源和新能源的发展现状：常规能源在当前的能源消费结构中仍然占据主导地位。煤、石油、天然气等化石能源，它们的开采和利用技术相对成熟，供应稳定，能够满足大规模的能源需求。但随着环境问题的日益突出和能源危机的加剧，新能源的开发和利用越来越受到重视。新能源具有清洁、环保、可持续等优点，像太阳能、风能等新能源的利用规模在不断扩大。不过，新能源在技术成本、储能等方面还存在一些问题。例如太阳能发电，虽然太阳能资源丰富，但太阳能电池的成本较高，而且太阳能发电受天气影响较大，发电不稳定，需要配套储能设备来保证电力的稳定供应，这也增加了新能源利用的成本和难度。 3. 常见能源的利用及问题分析 （1）化石能源的利用与环境问题：化石能源在燃烧过程中会释放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物。二氧化碳的大量排放会导致全球气候变暖，引起冰川融化、海平面上升等一系列环境问题；二氧化硫和氮氧化物会形成酸雨，酸雨会腐蚀建筑物、破坏植被、污染水体等，对生态环境造成严重破坏。此外，燃烧化石能源还会产生烟尘等颗粒物，这些颗粒物会造成空气污染，影响人们的身体健康，引发呼吸道疾病等。以我国为例，过去一些以煤炭为主要能源的城市，在冬季供暖期间，由于大量燃烧煤炭，空气质量明显下降，雾霾天气频繁出现。为了减少化石能源使用带来的环境问题，一方面要提高化石能源的利用效率，通过改进燃烧技术等方式，减少污染物的排放；另一方面要加快发展清洁能源，逐步降低对化石能源的依赖。 （2）核能的利用与安全问题：核电站在运行过程中，需要确保核反应堆的安全稳定运行。核反应堆中的核燃料在发生裂变反应时，会产生大量的热量，如果这些热量不能及时有效地导出，就可能导致反应堆温度过高，引发严重的事故，如切尔诺贝利核事故和福岛核事故，都给当地的生态环境和居民生活带来了巨大的灾难。为了保障核电站的安全，需要采用先进的技术和严格的管理措施。在技术方面，不断改进核反应堆的设计，提高其安全性和可靠性；在管理方面，加强对核电站工作人员的培训和监管，制定严格的操作规程和应急预案。同时，对于核废料的处理，目前主要采用深埋等方式，但这也存在一定的风险，需要进一步研究更安全有效的处理方法。 （3）可再生能源的发展前景与挑战：可再生能源的发展前景广阔。随着技术的不断进步，太阳能电池的转换效率在逐渐提高，成本在不断降低；风力发电技术也越来越成熟，单机发电功率不断增大。同时，政府也出台了一系列政策支持可再生能源的发展，如补贴政策、上网电价政策等，促进了可再生能源产业的发展。但可再生能源在发展过程中也面临着诸多挑战。比如，可再生能源的能量密度相对较低，需要较大的占地面积来收集和转换能量；而且可再生能源的间歇性和波动性较大，像太阳能在夜晚无法发电，风能在无风时无法发电，这就需要配套储能技术来解决电力的稳定供应问题。此外，可再生能源的开发和利用还需要完善的电网基础设施来输送电力，在一些偏远地区，电网建设还相对滞后，制约了可再生能源的发展。 教师引导、学生归纳小结 1. 引导学生回顾能源的概念，强调能源是能够提供能量的物质资源，以及能源在生活和生产中的重要性。 2. 和学生一起梳理能源的分类方法，让学生能够熟练区分一次能源和二次能源、可再生能源和不可再生能源、常规能源和新能源，并能举例说明。 3. 总结常见能源的特点、利用方式以及存在的问题。化石能源是目前应用广泛的不可再生能源，但存在环境污染和资源枯竭问题；核能能量巨大，但利用时要重视安全和核废料处理；可再生能源清洁、可持续，但在技术和成本等方面还有待突破。 4. 强调能源与人类社会发展的密切关系，培养学生节约能源、保护环境的意识，鼓励学生关注新能源的发展，树立可持续发展的观念。 课堂练习 1. 下列属于一次能源的是（ ） A. 电能 B. 汽油 C. 太阳能 D. 酒精 2. 下列能源中，属于可再生能源的是（ ） A. 煤 B. 石油 C. 天然气 D. 风能 3. 核电站利用核能发电，核能属于（ ） A. 可再生能源，一次能源 B. 可再生能源，二次能源 C. 不可再生能源，一次能源 D. 不可再生能源，二次能源 4. 下列关于能源的说法错误的是（ ） A. 化石能源的大量使用会造成环境污染 B. 太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源 C. 水能发电是将水的机械能转化为电能 D. 核能是安全无污染的能源 5. 下列能源利用方式中，属于二次能源利用的是（ ） A. 用煤取暖 B. 太阳能热水器加热水 C. 风力发电 D. 用天然气做饭 6. 关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（ ） A. 能源的利用是没有限度的，不用担心能源危机 B. 大量使用可再生能源，就不会对环境造成影响 C. 开发新能源是解决能源问题的重要途径 D. 化石能源是永远不会枯竭的 7. 太阳能热水器是把太阳能转化为（ ） A. 电能 B. 机械能 C. 内能 D. 化学能 8. 下列能源中，既属于新能源又属于可再生能源的是（ ） A. 石油 B. 地热能 C. 天然气 D. 水能 9. 风力发电是将风能转化为（ ） A. 电能 B. 内能 C. 化学能 D. 机械能 10. 能源的使用过程，本质上是能量的（ ） A. 产生过程 B. 转化和转移过程 C. 消失过程 D. 创造过程 课后练习 1. 请列举三种常见的不可再生能源，并简要说明它们的形成过程和主要用途。 2. 简述太阳能的利用方式有哪些，并分析每种利用方式的优缺点。 3. 结合实际生活，谈谈你对能源与环境关系的认识，以及在日常生活中可以采取哪些措施节约能源、保护环境。 4. 查阅资料，了解我国在新能源开发和利用方面取得的成就，以及未来的发展规划，并写一篇500字左右的短文进行介绍。 5. 分析核能发电相比传统火力发电的优势和存在的问题，你认为在发展核能发电时应如何保障安全？ 课后反思 通过本节课的学习，学生对能源的概念、分类、常见能源的特点及利用等方面有了较为系统的认识。在教学过程中，采用讲授、讨论、资料分析等多种教学方法，有助于学生理解抽象的概念和复杂的能源问题。但在教学中发现，部分学生对于能源分类的标准还存在混淆，对于核能等较为抽象的能源理解不够深入。在今后的教学中，应加强对重点和难点知识的讲解，通过更多的实例和实验帮助学生理解。同时，可以引导学生开展更多的课外探究活动，如调查家庭能源使用情况等，提高学生的学习兴趣和实践能力，培养学生的能源意识和环保意识，让学生更好地关注能源与可持续发展问题。 参考答案 1. 课堂练习：1.C；2.D；3.C；4.D；5.D；6.C；7.C；8.B；9.A；10.B。 2. 课后练习： （1）常见的不可再生能源有煤、石油、天然气。煤是古代植物遗体经过漫长的地质作用，在高温高压下逐渐形成的，主要用于发电、供暖、工业生产等；石油是古代海洋生物遗体在地下经过复杂的化学变化形成的，主要用于提炼汽油、柴油等燃料，以及作为化工原料；天然气也是由古代生物遗体形成的，主要用于家庭燃气、发电、化工等领域。 （2）太阳能的利用方式及优缺点：太阳能热水器，优点是清洁无污染、成本相对较低，缺点是受天气和地域影响较大，在阴天或冬季水温可能不高；太阳能电池，优点是可将太阳能直接转化为电能，便于应用在小型设备上，缺点是成本较高，能量转换效率有待提高；太阳能发电站，优点是能大规模发电，可持续利用太阳能，缺点是占地面积大，初期投资高，且发电不稳定，需要配套储能设施。 （3）能源与环境关系密切。化石能源的大量使用会释放污染物，导致空气污染、酸雨、全球气候变暖等环境问题。在日常生活中，可以采取以下措施节约能源、保护环境：随手关灯、关闭电器电源；合理设置空调温度；使用节能电器；多乘坐公共交通工具；减少一次性用品的使用等。 （4）我国在新能源开发和利用方面取得了显著成就。在太阳能领域，太阳能发电装机容量不断增长，技术水平逐步提高 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$