22.2新能源的发展&22.3跨学科实践为节约能源设计方案 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

该初中物理课件聚焦核能、核电站及太阳能利用核心知识点，通过“原子结构-核能产生方式-能量转化过程”问题链导入，衔接裂变与聚变对比、核电站能量转化分析及太阳能光热/光电转换，构建从基础概念到实际应用的学习支架。 其亮点在于设置跨学科实践项目，通过家庭能源调查、房屋保温方案设计及新能源汽车评估，融合科学探究（数据收集与实验验证）、科学思维（对比分析与方案优化）及科学态度与责任（可持续发展意识），学生能提升综合实践能力，教师可依托结构化资源高效实施教学。

第二十一章　电磁波及其应用& 第二十二章　能源与可持续发展 §22.2新能源的发展& §22.3跨学科实践为节约能源设计方案 2022年课程标准 学习目标 1.知道核能的特点。 2.知道利用核能可能带 来的问题。 3.从能源开发与利用的 角度体会可持续发展的 重要性。 4.结合实例，尝试分析 能源的开发与利用对社 会发展的影响。 1.了解原子、原子核的结构。 2.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。 3.了解核裂变、核聚变。 4.知道太阳能的开发对可持续发展的意义。 5.调查我国家庭能源使用情况，提出改进建 议。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 知识点1　核能 (一)了解原子、原子核的结构 1. 问题：我们知道，分子是由原子构成的，原子的中心是原子核，原子 核周围有一定数目的电子在运动。你了解原子和原子核结构吗？ 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 2. 分析： (1)任何物质的原子都是由位于原子中心区域带正电的 ⁠和带负 电的 组成的；原子核又是由带正电的 和不带电的 ⁠ ⁠组成的。 (2)质量较大的原子核发生 或者质量较小的原子核相互 ⁠ 时，释放出的惊人能量叫作核能。 原子核　 电子　 质子　 中 子　 裂变　 结合　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) (二)核裂变和核聚变 1. 问题：产生核能的两种方式分别是核裂变和核聚变，有什么区别？ 2. 分析：核裂变和核聚变的比较 种类 裂变 聚变 定义 质量较大的原子核裂变为质量 较小的原子核的过程 质量很小的原子核结合成质量 较大的原子核的过程 条件 中子轰击较大原子核(① ⁠ 反应) 超高温(④ 反应) 应用 ② (不加控制) ③ (可以控制) ⑤ (不能控制) 太阳内部爆炸 链 式　 热核　 原子弹　 核电站　 氢弹　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) ▶小结　核能 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 【典例1】一个重原子的原子核被中子轰击分裂为两个或更多较轻原子 核，并在分裂时产生两到三个自由中子并释放巨大能量的过程叫作 ⁠ ；如果裂变时放出的中子再引起其他重核裂变，就可使裂变反应 不断地进行下去，这种反应叫作 ⁠反应。核裂变除了可以用于发 电外，在军事上还可以做成威力强大的 ⁠。 核 裂变　 链式　 原子弹　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 【变式1】下列关于原子核聚变的说法不正确的是(　A　) A. 任何两个原子核都可以发生聚变 B. 原子核必须在超高温下才能发生聚变 C. 大量的氢原子核聚变时释放出惊人的能量 D. 目前人类还不能有效控制原子核聚变 A 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 知识点2　核电站及其核能的优点和缺点 1. 问题：核电站发电过程中能量如何转化？ 2. 分析：如图所示，请写出核电站发电过程各个装置发生的能量转化： 核反应堆　 能转化为 ⁠能 　↓ 蒸汽轮机　 能转化为 ⁠能 　↓ 发电机　 能转化为 ⁠能 核　 内　 内　 机械　 机械　 电　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 【典例2】关于核电站，小科总结了以下四种说法，其中正确的是 (　B　) A. 核电站是利用氢核的聚变产生的能量来发电的 B. 核电站的核心是利用核反应堆控制核能平稳地释放 C. 核电站的反应堆中放出的核能可以直接转化为电能 D. 核电站产生的废料可以直接排放到大海中 B 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 【变式2】如图所示为核电站发电流程图，在核电站发电过程中，能量转 化的先后顺序是(　C　) A. 核能→化学能→机械能→电能 B. 核能→机械能→内能→电能 C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→内能→化学能→电能 C 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 知识点3　太阳能的利用 1. 问题：人类如何利用太阳能？ 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 2. 分析：一种是类似集热器(如图1)，把太阳能转化为 ⁠能。 另一种是太阳能电池，如图2所示的太阳能凉帽中有太阳能电池，把太阳 能转化为 ⁠能，从而驱动电动机。 ▶小结　太阳能的利用 内　 电　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 【典例3】目前，人们开发、利用太阳能主要采用：①太阳能转化为电 能，如 ⁠； ②太阳能转化为化学能，如 ⁠； ③太阳能转化为 ，如太阳灶、太阳能热水器。 【变式3】直接利用太阳能的方式之一是用太阳能电池把太阳能转化 成 能；另一种方式是用集热器加热，从改变物体内能的途径来 看，太阳能热水器是通过 的方式来增加水的内能，一台太阳 能热水器储有300 kg的水，若水温20 ℃升到70 ℃，这些水吸收 了 J的热量。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)] 太阳能电池　 植物光合作用　 内能　 电　 热传递　 6.3×107　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 知识点4　跨学科实践：为节约能源设计方案 项目提出 背景与目标 随着能源消耗的增加和环境污染的加剧，节约能源和可持续发展成 为全球关注的焦点。本实践项目要求学生以家庭为研究对象，分析能源 使用现状，设计优化方案，并通过跨学科知识验证其可行性，最终形成 可推广的节能策略。 核心任务 1. 调查家庭能源使用情况，分析节能潜力。 2. 设计房屋保温方案，减少热传递损失。 3. 评估新能源汽车替代传统燃油车的可行性。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 项目分析 1. 家庭能源调查 数据收集：记录一周内家庭各类能源(如电能、燃气、燃油等)的用途与消 耗量。 数据分析：总结能耗较高的环节(如冬季取暖、夏季制冷)，为后续优化方 案提供依据。 2. 房屋保温设计 理论基础：热量通过传导、对流、辐射散失，保温材料需减少这三类热 传递。 材料选择：综合考虑热导率、成本、环保性等因素，选择高效保温材料。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 3. 新能源汽车评估 能耗与环保对比：分析燃油车与电动车在能耗、排放、使用成本等方面 的差异。 适用性分析：探讨电动车在充电时间、续航里程、基础设施等方面的局 限性。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 项目实施 一、家庭能源使用情况调查 1. 数据收集与整理 参考下表设计家庭能源调查表，记录一周内各类能源的用途与消耗量。 能源类型 用途(如照明、取 暖) 日均消耗量 周总消耗量 节能潜力评估 电能 空调、照明 10 kW·h 70 kW·h 高 天然气 烹饪、热水 3 m3 21 m3 中 以上能源类型中，电能是 次能源，天然气是 (选填 “可再生”或“不可再生”)能源。 2. 分析节能方向 根据数据总结能耗较高的环节，为后续优化方案提供依据。 二　 不可再生　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 二、房屋保温方案设计 1. 理论基础 热传递原理：热量通过传导、对流、辐射散失，保温材料需减少这三类 热传递。 热导率：材料厚度越大、热导率越小，保温性能越强。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 2. 材料选择与评估 参考下表对比常见保温材料特性，综合考虑热导率、成本、环保性等 因素。 材料名 称 热导率 [W/(m·K]) 环保性 (1－5) 价格 (元/m2) 耐火性 (1－5) 易安装性 (1－5) 聚苯板 0.03 4 30 2 5 岩棉 0.04 5 50 5 3 气凝胶 0.02 3 200 4 2 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 3. 设计方案制定 以“外墙＋窗户”为重点改造区域，明确材料规格与安装方式： 安装 位置 材料 厚度 处理方式 备注 外墙 聚苯板 10 cm 外层覆盖防水涂料 减少 ⁠损失 窗户 双层 玻璃 中空层1.2 cm 加装密封胶条 阻断 ⁠对流 热　 空气　 4. 实验验证 简易模型测试：用纸箱模拟房屋，对比有无保温材料时冰块熔化速度。 数据分析：记录相同时间内冰块质量变化，计算保温效率。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 三、新能源汽车替代方案 1. 能耗与环保对比 指标 燃油汽车 纯电动汽车 百公里能耗 8 L汽油(约60元) 15 kW·h(约9元) 二氧化碳排放 2.4 kg/km 0 kg/km(使用绿电) 生产能耗 高(依赖石油) 中(电池生产) 2. 适用性分析 优势：电动车使用成本 ⁠、零排放；适合城市短途通勤。 局限：充电时间 ⁠、低温续航衰减；需配套充电设施。 低　 长　 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 3. 改进建议 推广快充技术，优化电池耐低温性能。 政府补贴充电桩建设，完善基础设施。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 项目展示与优化 1. 成果交流形式 辩论会：围绕“燃油车与电动车孰优孰劣”展开辩论。 展板设计：用图表对比节能方案实施前后的能耗数据。 2. 方案优化方向 结合家庭实际情况调整保温材料厚度或新能源汽车使用比例。 计算全国推广后的节能潜力(如：若每户年节电500 kW·h，全国年节电量 ≈650亿kW·h)。 课堂导学 九年级全一册物理(RJ) 一、核能 种类 裂变 聚变 定义 质量较大的原子核分裂为 较小原子核的过程 质量很小的原子核结合成较 大原子核的过程 条件 用一定速度的中子轰击较 大原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 是否可以控制 可控制 ⁠反应速度 目前不能人为控制 应用 ⁠ ⁠ ⁠ 链式　 原子弹 核电站 氢弹 课堂笔记 九年级全一册物理(RJ) 二、太阳能的利用 课堂笔记 九年级全一册物理(RJ) 1. 关于原子核、核能，下列说法正确的是(　C　) A. 原子核由质子和电子组成 B. 原子核是由中子和电子组成 C. 核电站利用核裂变获得核能 D. 核能是可再生能源 基础评价 C 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) 2. 如图是核电站工作的流程图，关于流程图中各装置的能量转化，下列 说法错误的是(　B　) 核反应堆 → 蒸汽轮机 → 发电机 → 各种用电器 A. 核反应堆将核能转化为内能 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. 各种用电器将电能转化为其他形式的能 B 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) 3. 2011年3月11日，日本东北部海域发生的海底大地震导致福岛第一核电 站二号机组受损，引发了较为严重的核泄漏，核电安全再次成为世界各 国高度关注的问题。下列关于核能开发的说法中，你认为正确的是 (　C　) A. 停止开发核能，因为开发核能会带来可怕的核泄漏，弊远大于利 B. 核能是一种稳定、高效、清洁的可再生能源，是其他新能源不可替代 的 C. 福岛第一核电站开发核能是利用可控核裂变过程中释放的核能 D. 核能开发是绝对安全的，即使有核泄漏也是清洁无污染的 C 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) 4. “低碳环保”是当今世界的主题，太阳能已被人们广泛利用。太阳能 来自太阳内部的 (选填“核裂变”或“核聚变”)，太阳能属 于 (选填“一次”或“二次”)能源，利用太阳能的方式主要有两 种，一种是用集热器加热，如某台太阳能集热器在天气晴好时，一天可 以吸收5.2×107 J的热量，这相当于完全燃烧 m3的煤气释放的热 量；另一种是用太阳能电池将太阳能转化为 。(q煤气＝4.0×107 J/m3) 核聚变　 一次　 1.3　 电能　 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) 5. 核能是一种高效清洁的能源。2020年11月，具有完全自主产权的“华 龙一号”核电机组并网发电。如图是核电机组示意图，通过三个回路的 设计有效提高了安全性。 素养评价 (1)一回路：反应堆中核燃料反应产生大量的热，从而将水加热到约320 ℃，气压达到150多个标准大气压，此时水不会沸腾的原因是 ⁠ ⁠。 气压增 大，水的沸点升高　 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) (2)二回路：蒸汽发生器中的水被加热后 (填物态变化名称)成水 蒸气，这些水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。 (3)三回路：核电站通常建在海边用海水作冷凝剂，原因是海水量多 且 ⁠大。 汽化　 比热容　 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) 6. 2021年6月17日9时22分，神舟十二号载人飞船搭载长征2F运载火箭在 酒泉卫星发射中心发射，随后神舟十二号载人飞船成功进入预定轨道， 并完成太阳翼展开，发射任务取得圆满成功。历时三个月，于2021年9月 17日13时34分，神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。下 列有关能量转换的说法正确的是(　A　) A. 燃料燃烧将化学能转化为内能 B. 火箭加速升空时将动能转化为重力势能 C. 太阳能电池工作时将太阳能转化为化学能 D. 飞船返回经过大气层时内能转化为机械能 A 课堂评价 九年级全一册物理(RJ) $