第二十二章 能源与可持续发展用（知识清单）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理单元知识清单系统整合“能源与可持续发展”核心内容，涵盖能源利用历程、分类、现状挑战，新能源（核能、太阳能）及跨学科实践，通过思维导图与分节梳理搭建从基础概念到实践应用的递进式学习支架。 清单以“分类分级+实践关联”呈现知识体系，如能源分类标注可再生与不可再生特征，核能部分用模型图示裂变链式反应，培养科学思维与模型建构能力。跨学科实践设计家庭能源调查方案，含数据表格与检验改进步骤，落实科学探究与社会责任，助力学生自主优化方案，教师可据此设计分层教学活动。

第二十二章 能源与可持续发展用 思维导图 第1节 能源利用的现状和面临的挑战 一、人类利用能源的历程 1.能源 能够提供热、光、机械能和电能等各种形式的能量来源就叫　　。 2.人类利用能源的历程 （1）人类利用能源的历程：柴薪能源→　　→石油→　　（煤和石油又称为化石能源） （2）化石能源：我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，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称为　　　　　。 3.能源的分类 （1）可再生能源：　　在短期内从自然界得到补充的能源。如：太阳能、风能、水能以及生物质能等。 （2）不可再生能源：　　在短期内从自然界得到补充的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源。 （3）二次能源：由　　　　　转化而来的能源叫作二次能源。 如电能、氢能、酒精沼气等。 二、能源利用面临的挑战 1.能源利用的现状 （1）涉及热现象的能量转化和转移过程是有　　　、　　　的。 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。 （2）能源是有限的 由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显加快。 2.环境污染 耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。 开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。 第2节 新能源的发展 一、核能 1. 原子及其结构 （1）分子是由原子构成的，原子的中心是　　　，原子核周围有一定数目的　　在运动。 （2）原子核通常由　　和　　组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量　　，中子不带电。 2. 核能 （1）定义：质量较大的原子核发生　　或者质量较小的原子核相互　　，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是　　。 （2）核能的开发和利用的方式： a. 利用核裂变释放能量； b. 利用核聚变释放能量。 3. 裂变 （1）定义：定义：一个重原子核分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出巨大能量，这就是核裂变，这就是　　　。 链式反应：20世纪30年代，科学家用中子轰击质量比较大的铀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，这些中子又轰击其他核……于是就导致一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。 （2）核裂变的应用 ①不加控制的链式反应：大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，原子弹就是根据这个原理制成的。 ②可控制的链式反应：链式反应可控，那么就可以控制核能的释放。例如核电站利用核能发电，它的核心设备核反应堆中发生的就是可控链式反应。 4.核聚变 质量很小的原子核在超高温下结合成一个新的原子核，同时释放出巨大的能量，这就是　　，也叫　　　　　。 第二节 太阳能 一、太阳能 1.太阳——巨大的“核能火炉” 太阳核心每时每刻都在发生核聚变，并释放出巨大的能量。 太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1500万℃，太阳表面温度约为6 000 ℃就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 2.太阳是人类能源的宝库 3.太阳能的利用 （1）光热转化：用集热器收集阳光中的能量来加热水等物。 能量转化：太阳能转化为内能 （2）光电转化：用太阳能电池可以将太阳能转变为电能。 能量转化：太阳能转化为电能 （3）光合作用：指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。 能量转化：太阳能转化为化学能 第三节 跨学科实践：为节约能源设计方案 一、太阳能 1.项目提出 人们在生产生活中都会使用各种能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题? 节能和环保，从点滴做起，可以先从优化自己家中能源的使用入手。 2.项目分析 制订优化白己家能源使用的具体方案，可根据以下几个方面展开。 （1）调查：了解家庭使用能源的具体情况； （2）设计：针对性地提出优化方案； （3）检验：分析方案的有效性和可行性； （4）改进：与他人交流讨论，对方案进行改进。 3.项目实施 （1）调查家中能源的使用情况 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息。 根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多。 家庭能源消耗“三巨头”——通常为采暖、制冷、交通。 （2）选取优化对象与确定改进方法 ①根据实际的调查结果，分析家中在哪些方面的能源使用可以优化，哪些需要优先改进？ ②优化能源使用的方法 ·在家中使用太阳能等新能源； ·优化家庭用车行为； ·提高现有能源的使用效率； ·优化家用电器使用行为等新能源。 ③确定节能方法时，需要考虑哪些方面 是否节约能源？能否满足人们使用需要？该收集哪些证据？怎样分析？ 3.制订与检验设计方案 【方案一：为房屋加装保温层。】 （1）明确思路 （2）选取材料 影响材料的保温性能的因素：厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积、外界温度 通常，材料厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失。 （3）确定方案 在选定了保温材料后，可考虑在房间的哪些位置安装保温材料？保温材料的规格、尺寸应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？然后围绕这些问题制订具体的设计方案。 （4）制作模型与测试 在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。 可选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。 检验保温效果 将质量相等的冰块装在塑料袋中，分别放入没有保温材料和装有所选保温材料的“家”中；将“家”放置在相同的环境下，经过相同的时间后将冰块取出，比较冰块质量的变化。 检验结果： 安装保温材料可以对“家”起到保温效果，减少热量散失，节约能源。 【方案二：为家庭用车提供建议。】 想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。我们可以按照下面几个思路开展调查和论证： （1）目前都有哪些种类的新能源汽车?与传统燃油汽车相比，新能源汽车是否更加节能和环保？ （2）与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要还有哪些局限性？还需要如何改进？ （3）除了节能和环保，还有没有其他因素促进新能源汽车的发展?从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么? 新能源汽车的种类 燃油汽车相比，新能源汽车能耗对比 与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要 其他因素促进新能源汽车的发展 4.展示交流 在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理作为支撑。形成具体的方案后，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。交流的形式可以多种多样，既可以通过举办辩论会的方式进行，也可以通过全班投票与反馈：其他小组成员根据“方案创新性”“证据充分性”“可行性”三项指标，投出“最佳创意奖”“最具潜力奖”等奖项。 归纳家庭能源使用优化方法 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十二章 能源与可持续发展用 思维导图 第1节 能源利用的现状和面临的挑战 一、人类利用能源的历程 1.能源 能够提供热、光、机械能和电能等各种形式的能量来源就叫能源。 2.人类利用能源的历程 （1）人类利用能源的历程：柴薪能源→煤→石油→电能（煤和石油又称为化石能源） （2）化石能源：我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，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称为化石能源。 3.能源的分类 （1）可再生能源：能在短期内从自然界得到补充的能源。如：太阳能、风能、水能以及生物质能等。 （2）不可再生能源：不能在短期内从自然界得到补充的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源。 （3）二次能源：由一次能源转化而来的能源叫作二次能源。 如电能、氢能、酒精沼气等。 二、能源利用面临的挑战 1.能源利用的现状 （1）涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。 （2）能源是有限的 由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显加快。 2.环境污染 耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。 开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。 第2节 新能源的发展 一、核能 1. 原子及其结构 （1）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。 （2）原子核通常由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电。 2. 核能 （1）定义：质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。 （2）核能的开发和利用的方式： a. 利用核裂变释放能量； b. 利用核聚变释放能量。 3. 裂变 （1）定义：定义：一个重原子核分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出巨大能量，这就是核裂变，这就是核裂变。 链式反应：20世纪30年代，科学家用中子轰击质量比较大的铀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，这些中子又轰击其他核……于是就导致一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。 （2）核裂变的应用 ①不加控制的链式反应：大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，原子弹就是根据这个原理制成的。 ②可控制的链式反应：链式反应可控，那么就可以控制核能的释放。例如核电站利用核能发电，它的核心设备核反应堆中发生的就是可控链式反应。 4.核聚变 质量很小的原子核在超高温下结合成一个新的原子核，同时释放出巨大的能量，这就是聚变，也叫热核反应。 第二节 太阳能 一、太阳能 1.太阳——巨大的“核能火炉” 太阳核心每时每刻都在发生核聚变，并释放出巨大的能量。 太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1500万℃，太阳表面温度约为6 000 ℃就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 2.太阳是人类能源的宝库 3.太阳能的利用 （1）光热转化：用集热器收集阳光中的能量来加热水等物。 能量转化：太阳能转化为内能 （2）光电转化：用太阳能电池可以将太阳能转变为电能。 能量转化：太阳能转化为电能 （3）光合作用：指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。 能量转化：太阳能转化为化学能 第三节 跨学科实践：为节约能源设计方案 一、太阳能 1.项目提出 人们在生产生活中都会使用各种能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题? 节能和环保，从点滴做起，可以先从优化自己家中能源的使用入手。 2.项目分析 制订优化白己家能源使用的具体方案，可根据以下几个方面展开。 （1）调查：了解家庭使用能源的具体情况； （2）设计：针对性地提出优化方案； （3）检验：分析方案的有效性和可行性； （4）改进：与他人交流讨论，对方案进行改进。 3.项目实施 （1）调查家中能源的使用情况 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息。 根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多。 家庭能源消耗“三巨头”——通常为采暖、制冷、交通。 （2）选取优化对象与确定改进方法 ①根据实际的调查结果，分析家中在哪些方面的能源使用可以优化，哪些需要优先改进？ ②优化能源使用的方法 ·在家中使用太阳能等新能源； ·优化家庭用车行为； ·提高现有能源的使用效率； ·优化家用电器使用行为等新能源。 ③确定节能方法时，需要考虑哪些方面 是否节约能源？能否满足人们使用需要？该收集哪些证据？怎样分析？ 3.制订与检验设计方案 【方案一：为房屋加装保温层。】 （1）明确思路 （2）选取材料 影响材料的保温性能的因素：厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积、外界温度 通常，材料厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失。 （3）确定方案 在选定了保温材料后，可考虑在房间的哪些位置安装保温材料？保温材料的规格、尺寸应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？然后围绕这些问题制订具体的设计方案。 （4）制作模型与测试 在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。 可选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。 检验保温效果 将质量相等的冰块装在塑料袋中，分别放入没有保温材料和装有所选保温材料的“家”中；将“家”放置在相同的环境下，经过相同的时间后将冰块取出，比较冰块质量的变化。 检验结果： 安装保温材料可以对“家”起到保温效果，减少热量散失，节约能源。 【方案二：为家庭用车提供建议。】 想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。我们可以按照下面几个思路开展调查和论证： （1）目前都有哪些种类的新能源汽车?与传统燃油汽车相比，新能源汽车是否更加节能和环保？ （2）与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要还有哪些局限性？还需要如何改进？ （3）除了节能和环保，还有没有其他因素促进新能源汽车的发展?从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么? 新能源汽车的种类 燃油汽车相比，新能源汽车能耗对比 与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要 其他因素促进新能源汽车的发展 4.展示交流 在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理作为支撑。形成具体的方案后，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。交流的形式可以多种多样，既可以通过举办辩论会的方式进行，也可以通过全班投票与反馈：其他小组成员根据“方案创新性”“证据充分性”“可行性”三项指标，投出“最佳创意奖”“最具潜力奖”等奖项。 归纳家庭能源使用优化方法 学科网（北京）股份有限公司 $