《第二十二章 能源与可持续发展：2 新能源的发展》教学设计（表格版）-2025-2026学年人教版（2024）物理九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦新能源中的核能与太阳能，以全球气候危机视频和生活新能源案例导入，通过小组讨论梳理新能源类型，搭建从宏观应用到微观原理的学习支架，衔接原子结构与能量释放知识。 资料特色在于多模态教学突破难点，用原子结构动画、链式反应模拟图示建构微观模型，体现科学思维的模型建构；结合华龙一号、EAST装置等中国科技案例及福岛核事故，培养科学态度与责任。助力学生深化能量观念，教师可直接使用完整教学流程与评价任务，提升课堂效率。

《新能源的发展》教案 学科 初中物理 年级册别 九年级 共1课时 教材 人教版《义务教育教科书·物理九年级全一册》 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本课是“第二十二章 能源与可持续发展”中的第二节，聚焦于新能源的开发与利用，是连接能源结构转型与可持续发展目标的核心内容。教材以核能为主线，系统介绍了裂变、聚变两种核反应原理及其应用，同时涵盖太阳能、海洋能、风能等可再生能源技术，构建了从微观粒子到宏观能源系统的知识体系。教材通过图文并茂的方式呈现科学发现过程与现实案例，强调科技对社会发展的推动作用，体现“科学态度与责任”核心素养要求。 学情分析 九年级学生已具备原子结构的基本认知，了解分子、原子、电子等概念，但对原子核内部结构及能量释放机制缺乏直观理解。学生虽接触过核电站、太阳能板等现实事物，但对其工作原理存在模糊认知。部分学生可能因影视作品中核事故的渲染而产生恐惧心理，需通过科学事实进行理性引导。教学中应借助可视化模型、真实案例和探究活动，激发兴趣，突破抽象思维障碍，培养科学质疑与社会责任意识。 课时教学目标 物理观念 1. 能准确描述原子核由质子和中子构成，理解核力的作用与稳定性，掌握核能释放的基本条件——裂变与聚变。 2. 能区分裂变与聚变的本质差异，明确链式反应在原子弹与核电站中的不同应用效果。 科学思维 1. 能基于原子核结构模型，推理裂变与聚变过程中质量亏损与能量释放的关系，建立“质量—能量”转化的初步认知。 2. 能通过比较化石能源与核能、太阳能的优劣，运用对比分析法形成可持续发展视角下的能源选择判断能力。 科学探究 1. 能结合教材图示与视频资料，模拟链式反应过程，设计实验方案验证能量释放的连锁特性。 2. 能围绕“如何实现可控核聚变”提出合理假设，并查阅资料评估其可行性。 科学态度与责任 1. 能客观看待核能的双重性：既具巨大潜力，也伴随安全风险，树立“安全第一”的科技伦理观。 2. 能关注我国在华龙一号、EAST环流器等领域的重大突破，增强民族自豪感与科技强国使命感。 教学重点、难点 重点 1. 理解原子核裂变与聚变的基本原理及其能量释放机制。 2. 掌握核电站发电的基本流程与核废料处理的基本原则。 难点 1. 理解链式反应的持续性条件与可控性控制逻辑。 2. 建立“核能=太阳能量来源”的因果链条，解释化石能源的原始能量来源。 教学方法与准备 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法 教具准备 多媒体课件、原子核结构动画、链式反应模拟视频、华龙一号与EAST装置图片、核废料处理流程图 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：危机与希望的碰撞 【5分钟】 一、创设问题情境，引发认知冲突 （一）、展示全球碳排放数据图表与极端天气新闻片段 1. 教师播放一段短视频：2023年夏季欧洲多地遭遇热浪，森林火灾频发，北极冰川加速融化，同时配以联合国气候报告摘要：“若不采取行动，全球气温将在2100年前上升2.7℃。” 2. 提出驱动性问题：“我们每天使用的电能，大多来自燃烧煤炭或石油。这种依赖化石能源的生活方式，正在让地球‘发烧’。如果有一天，这些资源用完了，人类还能继续生存吗？有没有一种能源，既能满足需求，又不会污染环境？” 3. 引导学生思考：既然传统能源不可持续，我们该向哪里寻找新的希望？ 4. 板书课题：“新能源的发展”——点亮未来之光。 二、激活已有经验，引出核心话题 （一）、组织小组讨论：你所知道的新能源有哪些？ 1. 分组要求：每组4人，轮流发言，记录员快速记下所有提到的能源名称。 2. 教师巡视指导，鼓励学生联系生活实际：如屋顶上的太阳能板、小区里的风车、电动车充电站等。 3. 汇总汇报：教师将各组答案写在黑板上，形成“新能源清单”。 4. 引导对比：哪些是自然界直接提供的？哪些需要人工转化？从而自然过渡到“核能”这一最强大、最神秘的新能源。 1. 观看视频，感受气候变化带来的现实威胁。 2. 小组讨论，分享生活中见到的新能源应用场景。 3. 各组代表汇报本组列举的新能源种类。 4. 对比分类，初步感知新能源的多样性。 评价任务 1. 反应敏锐：☆☆☆ 2. 表达清晰：☆☆☆ 3. 分类准确：☆☆☆ 设计意图 通过真实世界危机情境导入，激发学生的忧患意识与探索欲望；以生活化问题为切入点，唤醒已有经验，构建“新能源=解决能源危机的关键路径”的认知框架，为后续深入学习奠定情感基础与思维起点。 探索新知：揭开核能的神秘面纱 【18分钟】 一、解构原子核：从宏观到微观的跃迁 （一）、播放原子结构动态演示动画 1. 教师播放动画：原子由原子核与核外电子组成，原子核位于中心，电子绕核运动，比例约为“一个篮球放在足球场中央”，形象展示原子体积与原子核体积的巨大反差。 2. 引导学生观察：原子核虽然极小，却集中了几乎全部质量，且内部由质子和中子构成。 3. 提问互动：“为什么说原子核像‘几颗豆粒挤在一个大广场中央’？”引导学生从空间尺度角度理解原子核的紧凑性。 4. 板书关键词：质子（带正电）、中子（不带电）、核力（强相互作用）。 二、裂变揭秘：一场“原子级爆炸”的连锁反应 （一）、讲解铀235裂变过程与链式反应原理 1. 教师展示教材图22.2-2：用箭头标注中子轰击铀235→分裂成两个中等原子核+释放多个中子+释放大量能量。 2. 逐句朗读教材原文：“科学家用中子轰击质量较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，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，释放出巨大的能量。” 3. 模拟演示：用粉笔在黑板上画出第一个铀核裂变后释放的三个中子，分别撞击三个新的铀核，每个再释放三个……形成指数增长的连锁图。 4. 强调关键点：链式反应是否持续，取决于是否有足够的铀235（临界质量）以及中子被吸收的速度。 三、聚变探秘：太阳的“核能火炉” （一）、展示氘核与氚核聚变过程图示 1. 教师展示教材图22.2-6：左侧为氘核（1个质子+1个中子），右侧为氚核（1个质子+2个中子），中间箭头指向新原子核（氦核）+释放中子+释放巨大能量。 2. 朗读教材原文：“如果使某些质量很小的原子核，例如氘核与氚核，在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能。” 3. 举例说明：氢弹爆炸就是聚变的瞬间爆发；太阳内部每秒都在进行数万亿次这样的聚变，相当于每秒钟引爆上亿颗原子弹。 4. 提问：“为什么说太阳是一个巨大的‘核能火炉’？”引导学生理解太阳能量的本质来源。 1. 观看动画，理解原子核结构与空间关系。 2. 跟随教师思路，参与链式反应的模拟绘制。 3. 对比裂变与聚变的图像，识别反应物与生成物。 4. 思考太阳为何能持续发光发热，尝试用自己的话解释。 评价任务 概念理解：☆☆☆ 图示解读：☆☆☆ 语言表达：☆☆☆ 设计意图 借助动画与图示实现微观世界的可视化，突破“原子核不可见”的认知壁垒；通过逐句解析教材原文，强化科学术语的准确性；以模拟绘图方式帮助学生建立“链式反应”的动态模型，深化对能量连锁释放的理解；联系太阳运行机制，建立“核能=太阳能量来源”的跨层级认知桥梁。 深化理解：从理论走向现实应用 【10分钟】 一、核电站运作原理：可控裂变的智慧 （一）、解析核电站发电流程图 1. 教师展示教材图22.2-5：核反应堆 → 加热水产生蒸汽 → 驱动汽轮机 → 发电机发电。 2. 逐环节讲解：核反应堆中发生的是“可控链式反应”，温度与压力受到严密监控；冷却水带走热量，转化为蒸汽；蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机转子切割磁感线产生电流。 3. 强调安全设计：反应堆被钢筋混凝土厚墙包围，防止射线泄漏；设置多重自动停堆系统，一旦异常立即中断反应。 4. 介绍中国成就：展示“华龙一号”核电站照片，说明其拥有完全自主知识产权，是我国第四代核电技术的代表。 二、核废料处理：不可忽视的责任 （一）、播放福岛核泄漏事件短片片段 1. 教师播放2011年日本福岛核电站因地震引发核泄漏的新闻片段，画面显示放射性物质扩散、居民撤离、周边土地污染。 2. 提问：“为什么核废料必须深埋？它会对环境造成什么影响？” 3. 展示核废料处理流程图：使用过的燃料棒→封装在特制钢罐→运输至地下深层地质处置库→长期隔离。 4. 引导思考：有些国家将核废料运往他国，这是否公平？我们该如何负责任地对待核能？ 1. 分析核电站工作流程图，说出每个设备的功能。 2. 结合视频，讨论核事故的危害与防范措施。 3. 小组讨论：核废料能否随意丢弃？为什么？ 4. 表达观点：作为公民，我们应如何支持清洁能源发展的同时保障安全？ 评价任务 流程理解：☆☆☆ 安全意识：☆☆☆ 责任担当：☆☆☆ 设计意图 将抽象的核能技术具象化为可理解的工业流程，帮助学生建立“核能→电能”的转化链条；通过真实灾难案例，强化科学伦理教育，培养学生对科技风险的敬畏之心；引导学生思考国际责任与环境正义，落实“科学态度与责任”核心素养。 拓展延伸：未来能源的曙光 【7分钟】 一、可控核聚变：人类终极能源梦想 （一）、介绍EAST环流器与“神光Ⅲ”装置 1. 教师展示中国科学院EAST装置图片，说明其成功实现1000秒以上长时间稳定运行，标志着我国在托卡马克技术领域处于世界领先。 2. 展示“神光Ⅲ”激光约束装置，解释其通过高能激光压缩，实现聚变点火。 3. 朗读教材原文：“如何实现可控核聚变，如何利用可控核聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。” 4. 提问：“为什么说海水中蕴藏的氘核是取之不尽的能源？”引导学生认识到海水总量庞大，氘含量约0.015%，足以支撑人类万年所需。 二、太阳能：触手可及的绿色能源 （一）、解析太阳能三种转化方式 1. 教师展示教材图22.2-13：三个椭圆框内分别为“太阳能集热器”、“光化转换装置”、“太阳能电池”；菱形分别对应“热能”、“化学能”、“电能”。 2. 逐项讲解：平板集热器吸热板涂黑，吸收太阳辐射转化为内能加热水；光化转换如植物光合作用将太阳能转化为化学能；太阳能电池利用半导体效应将光能直接转为电能。 3. 结合实例：屋顶太阳能热水器、太阳能计算器、光伏电站。 1. 观看EAST与“神光Ⅲ”装置图片，了解我国科研前沿。 2. 小组合作完成图22.2-13填空任务： - 太阳能集热器 → 光热转换 → 热能 - 光化转换装置 → 光化转换 → 化学能 - 太阳能电池 → 光电转换 → 电能 3. 交流生活中常见的太阳能应用。 评价任务 知识迁移：☆☆☆ 填空正确：☆☆☆ 应用举例：☆☆☆ 设计意图 以中国重大科技成果为载体，增强民族自信与科学信念；通过图示填空训练，巩固“太阳能转化”知识点；引导学生从课本走向生活，发现身边处处有科学，激发对未来能源探索的兴趣与热情。 总结提升：能源之路，任重道远 【5分钟】 一、构建知识网络，提炼核心思想 （一）、师生共同梳理思维导图 1. 教师在黑板上绘制主干结构： - 新能源分为两类： ① 核能（裂变/聚变） ② 可再生能源（太阳能、风能、海洋能） - 核能本质：原子核变化释放能量（质量亏损） - 核电站核心：可控链式反应 → 安全防护 → 电能输出 - 未来方向：可控核聚变、高效太阳能利用 二、升华主题，发出时代号召 （一）、引用教材最后一段话 1. 教师朗读：“我国坚持安全有序发展核电……成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。” 2. 提问：“作为新时代青少年，你能为建设绿色中国做些什么？” 3. 鼓励学生写下一句承诺语，如：“我愿做一颗节能的小螺丝钉！” 4. 结束语：“能源的未来，不在远方，就在我们今天的每一个选择之中。” 1. 参与构建知识思维导图，完善笔记。 2. 思考并回答“我能做什么”问题。 3. 撰写个人承诺语，表达环保决心。 4. 保持静默，凝视黑板，感悟能源使命。 评价任务 结构完整：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 行动意愿：☆☆☆ 设计意图 通过思维导图整合零散知识点，形成系统认知；以情感共鸣收尾，将科学教育升华为价值观教育；鼓励学生从“旁观者”转变为“参与者”，践行“人人都是能源守护者”的社会责任理念。 作业设计 一、基础巩固题 1. 请写出原子核由哪两种粒子构成？它们分别带有何种电荷？ 2. 列举两种核能的利用方式，并说明其区别。 3. 什么是链式反应？它在原子弹与核电站中的作用有何不同？ 4. 太阳能转化为电能的过程属于哪种能量转换？请举例说明日常生活中的一例。 二、能力提升题 5. 教材练习题①：原子、原子核、电子、中子、质子，它们之间有什么关系？哪些是不带电荷的？哪些是带电荷的？带的是哪种电荷？ 6. 教材练习题②：若把原子的大小比作北京奥运会“鸟巢”体育场，那么原子核有多大？请用篮球、乒乓球或绿豆来比喻，并说明理由。 7. 教材练习题③：什么是原子核的聚变？人类对于聚变的应用已经取得的成就是什么？还有什么问题需要解决？ 8. 教材练习题④：有人说，我们现在开采的煤、石油等化石能源，实际上都来源于上亿年前太阳上的核能。请你说明这句话的道理。 【答案解析】 一、基础巩固题 1. 原子核由质子和中子构成。质子带正电荷，中子不带电荷。 2. 核能利用方式：核裂变（如核电站）和核聚变（如氢弹）。前者是大原子核分裂，后者是小原子核结合。 3. 链式反应是指一个中子引发裂变，释放多个中子，再引发更多裂变。原子弹中链式反应失控，瞬间释放巨大能量；核电站中通过控制中子数量，使反应缓慢持续进行。 4. 属于光电转换。例如：太阳能计算器利用太阳能电池将光能转化为电能，驱动芯片工作。 二、能力提升题 5. 原子由原子核和电子构成，原子核由质子和中子构成。不带电荷的有：中子、电子（整体中性但本身带负电）；带电荷的有：质子（正电）、电子（负电）。 6. 原子半径数量级10⁻¹⁰m，原子核半径数量级10⁻¹⁵m，比例约为10⁵倍。若“鸟巢”为100米，则原子核大小约为1毫米，相当于绿豆大小。 7. 聚变是轻原子核结合成较重原子核并释放能量的过程。人类已实现氢弹爆炸（不可控聚变）；目前尚无法实现持续、稳定、可控的聚变反应，需解决高温高压维持与能量净输出问题。 8. 化石能源是古代生物遗体经长期地质作用形成的。这些生物依靠光合作用生长，而光合作用的能量来自太阳。因此，煤、石油中的能量本质上是亿万年前储存的太阳能，即太阳核能转化而来。 板书设计 《新能源的发展》 --- 从微观到宏观的能源革命 1. 原子核结构： - 质子（+） - 中子（0） - 核力：维系稳定 2. 核能释放方式： - 裂变：大核分裂 → 链式反应 → 能量释放（原子弹/核电站） - 聚变：小核融合 → 超高温高压 → 能量释放（太阳/氢弹/未来能源） 3. 核电站流程： 核反应堆 → 加热水 → 蒸汽 → 汽轮机 → 发电机 → 电能（安全防护） 4. 可再生能源： - 太阳能：光热/光电/光化转换（集热器/电池/植物） - 风能、海洋能：发电应用（风车田） 5. 未来展望： - 可控核聚变（中国EAST、神光Ⅲ） - 安全有序发展核电（华龙一号） - 每个人都是能源未来的建设者！ 教学反思 成功之处 1. 成功构建“问题—探索—应用—责任”的教学主线，学生全程参与度高，思维活跃。 2. 借助真实案例（福岛、华龙一号）增强教学感染力，有效达成科学态度与责任目标。 3. 通过多模态教学手段（动画、视频、图示、实物图片）突破微观抽象难点，实现深度理解。 不足之处 1. 部分学生对“质量亏损”概念仍感模糊，需在后续课程中补充爱因斯坦质能方程的初步介绍。 2. 拓展实践题难度偏高，个别学生完成度不高，建议提供模板或范例支持。 3. 时间分配略显紧张，尤其在小组讨论环节，部分组未能充分展开，今后可适当延长至12分钟。 学科网（北京）股份有限公司 $