第二十二章 能源与可持续发展 导学案 2025-2026学年人教版物理九年级全一册

该初中物理导学案围绕“能源与可持续发展”展开，涵盖能源分类、利用现状、新能源发展及跨学科实践，通过生活实例与科技成就导入，连接能量转化、效率计算等前序知识，以智慧锦囊、情境例题、分层练习为支架，帮助学生构建知识脉络。 此资料紧扣新课标核心素养，融合物理观念（能量观念）、科学思维（模型建构、推理计算）与科学态度（环保责任），结合“人造太阳”等科技前沿及家庭能源使用等生活情境，设跨学科实践任务，题型分层且详解清晰，助力学生提升应用能力与可持续发展意识。

第22章 能源与可持续发展 第 1讲 能源利用的现状和面临的挑战 题型 能源的形式与分类 智慧锦囊< 1.按获取方式分类可分为一次能源和二次能源；按利用状况分类可分为常规能源和新能源；一次能源按恢复时间分类可分为可再生能源和不可再生能源。 2.以下各种形式的能源：柴薪、煤、石油、天然气，风能、水能、电能、太阳能、地热能、核能。一次能源有：柴薪、煤、石油、天然气，风能、水能、太阳能、地热能、核能；二次能源有电能；一次能源中可再生能源有：柴薪、风能、水能、太阳能、地热能。 【例1】教材变式 P₁₉₃T₂ 关于能源，下列说法中错误的是 ( ) A.今天，我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能 B.风能、水能、太阳能都是一次能源 C.煤、石油、天然气、风能都是不可再生能源 D.电能与地热能都是可再生能源 题型二 能源利用面临的挑战 【例2】从环保的角度看，下列能源中，在大规模使用过程中会产生二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质，会造成空气污染、城市热岛效应、地球温室效应的是 ( ) ①石油 ②煤 ③天然气 ④核能 ⑤风能 ⑥太阳能 ⑦柴薪 ⑧水力发电 A.①② B.①②③ C.①②③⑦ D.④⑤⑥⑧ 题型三 能量转化效率的计算 智慧锦囊< 结合效率公式 计算及能量守恒定律计算。 【例3】光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，而将光能直接转化为电能的一种技术，其发电系统主要有太阳能电池板，控制器和逆变器三大部分组成，其简化电路如图所示，当太阳光照射太阳能电池板发电时，控制信号将S₁闭合，S₂断开，蓄电池充电，当控制信号将S₂闭合后，向外供电。光伏发电广泛应用于小型电源，中型供电系统和大型发电站。 (1)该村还建成了一座扶贫光伏发电站，总功率为 其一天的发电量是多少千瓦时?(一天的有效光照时间按8小时计算) (2)光伏发电站发的电用于灌溉农田，可将低处河水抽到高处灌溉渠中，若高低落差为10m，抽水机的效率为 60%，则每度电可抽取河水多少立方米? g取 10N/ kg) 典题精练 1.下列能源中，能归入图中所示的中间阴影部分的是 ( ) A.核能 B.太阳能 C.电能 D.石油 2.2024年12 月31 日，世界装机容量最大抽水蓄能电站——国家电网河北丰宁抽水蓄能电站实现全面投产发电，该电站可以利用电网过剩的电力，驱动水泵，将水抽到高处储存起来，需要时再将水放出发电，从而弥补了风能、太阳能等新能源发电不稳定且电力难储存的问题，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列说法正确的是 ( ) A.水能是可再生能源，电能是不可再生能源 B.该电站放水发电时是将机械能转化为电能 C.根据能量守恒定律可知，该电站抽水时消耗的电能全部转化为水的机械能 D.风能、光能、机械能、电能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 3.作为传统燃油汽车燃料的汽油和柴油是 (选填“可再生”或“不可再生”)能源，为了减少燃油汽车对环境的污染，我国大力发展新能源汽车。如今，我国电动汽车的多项技术已领跑世界，某型号的国产电动汽车的电池容量为200A·h，额定电压为400V，充满电后，它储存了 kW·h的能量。 4.某小学安装有太阳能发电站，基本结构和5月初电能表的示数如图甲所示；5月底电能表的示数如图乙所示。问： (1)5月份，发电站向办公楼输送电能多少焦耳? (2)用燃煤发电的效率为30%，已知燃煤的热值为3×10⁷J/ kg,若火力发电站要产生和学校办公楼5月份用电量相等的电能，需消耗燃煤的质量为多少? 第2讲新能源的发展 板块一 核能与太阳能 题型一 核能与太阳能 智慧锦囊 1.核电站的核心是核反应堆，是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的。核聚变现在还不能和平利用，在氢弹爆炸和恒星内部进行。 2.太阳能的利用方式：①太阳能转化为内能：如用集热器把水等物质加热；②太阳能转化为电能：利用太阳能电池发电。 【例1】新情景科技成就中国“人造太阳”(EAST)取得重大突破，奠定了我国在该领域的世界领先地位。EAST利用氘、氚原子核，在超高温下结合成氦原子核，同时释放出巨大的核能。下列关于核能的利用说法正确的是 ( ) A.“人造太阳”释放的核能是可再生能源 B.“人造太阳”利用核聚变获取能量 C.“人造太阳”与我国正在运行的核电站获得核能的方式相同 D.结合成氦原子核时，带正电的氘、氚原子核间具有很强的静电引力 【例2】关于太阳能及其利用，下列说法正确的是 ( ) A.太阳能来自于太阳内部进行的热核反应 B.太阳能是清洁的二次能源 C.太阳能是我们今天所用全部能量的源泉 D.太阳能电池板将太阳能转化为化学能 题型二新能源的利用 【例3】跨学科 社会发展利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。某学校启动了“光伏发电工程”，在教学楼顶安装了总功率为25kW 的光伏发电系统，如图所示。 (1)若一天的有效光照时间按8h计算，该系统一天能发多少度电? (2)这些能量相当于完全燃烧多少m³的天然气?(天然气的热值( (3)若学校教室的照明由光伏发电系统专设线路供电，光伏发电系统一天的发电量可供学校55个教室的护眼灯正常发光10h，每个教室统一装有8盏额定功率为40W 的护眼灯，求学校教室专设线路的供电效率? 典题精练 1.2023年8月24 日，日本启动首批核废水排海。计划持续30年。TEPCO和IAEA将监测周边海域数据，中国等国也开展独立检测。媒体报道：福岛核电站的废水中含有大量具有放射性的核物质。以下说法错误的是 ( ) A.核电站是利用裂变的链式反应发电 B.核能可以直接从自然界获得，属于一次能源 C.核能属于不可再生能源 D.核能是高风险能源，世界各国应彻底抛弃对核能的利用 2.太阳能制氢是一种极具潜力的清洁能源技术，它利用光催化剂吸收太阳光，直接将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为高效的能源载体，用于发电、交通、工业等领域。下列有关说法正确的是 ( ) A.氢气不属于清洁能源 B.太阳能制氢是将太阳能转化为内能 C.太阳能来源于太阳内部氢核的裂变 D.太阳能可以直接用于发电 3.目前我国的光伏发电装机容量已位居世界第一。如图，光伏发电也从原本的国家项目走进了许多农村家庭，很多房屋的屋顶上安装了光伏发电板，基本能够满足一个家庭的日常用电。下列关于利用太阳能的说法正确的是 ( ) A.太阳能是太阳内部氢原子核发生裂变释放的能量 B.光伏发电是将太阳能全部转化成电能供人们使用 C.太阳能能在自然界里源源不断的得到，所以太阳能是可再生能源 D.太阳能属于二次能源 4.教材变式 某兴趣小组设计了一个环保小屋模型，可利用太阳能供应热水、提供电能，还可为暖房中的花草蔬果提供光合作用的需求。请在图中空白处填入由太阳能所转化的另一种能量形式:① ,② 。 5.对太空中的空间站来说，每24个小时就有16个昼夜。每昼30分钟、每夜60分钟，30分钟面对太阳的时间，就是电池板发电的时候。帆板发电时，一部分电量直接供给组合体，另一部分电量则储存在柔性砷化镓薄膜电池里，供黑夜使用，电池在黑夜供电时将 能转化为 能。若空间站所在高度电池板每平方米接收的太阳光能量平均功率值为 500W，为了保证每天能够产生 的电能，则电池板的总面积至少为 m²(太阳能电池效率为23%)。 板块二 新能源设备相关的计算 【例1】原子由原子核和 构成。原子核发生变化时，释放出的能量被称为核能，核能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。我国自主设计、建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫做核 (选填“裂”或“聚”)变。 【例2】如图所示是一款名为“云起”的助力电单车，拥有GPS+基站+wifi多重定位，高效太阳能电池板保证智能锁与运维平台实时通讯，根据骑行者脚踏力的大小，给予动力辅助，实现人力骑行、电机助力一体化的新型交通工具。 (1)车把手上刻有花纹是为了 ，太阳能电池板可将光能转化为 能，GPS定位靠 传递信息。 (2)已知整车质量25kg，双轮与地面的接触面积40cm²，则体重55kg的小虎骑行时车对地面的压强 Pa。 (3)该车所用电池电压为48V，工作时电流为4A，电动机线圈电阻为3Ω，则电动机工作时的效率 %。 【例3】新情景 科技成就如图所示是我国在敦煌建造的亚洲第一的熔盐塔式光热发电站，它被形象地称为“超级镜子发电站”，电站内有1.2万面可随太阳转动的略有弧度的定日镜，能将太阳光反射到吸热塔顶部，加热其中的熔盐。熔盐的比热容是 熔点是131℃。将290℃左右的熔盐存储在保温性能极好的低温储热器中，输送到接收器内，通过太阳能加热使温度达到566℃以上，再存储在高温储热器中。当需要发电时，将高温熔盐送入蒸汽发生器，产生高温高压的水蒸气，驱动涡轮发电机发电，请你综合应用所学知识解答下列问题： (1)熔盐发电最终将 能转化为 能。 (2)在蒸汽发生器中，若10kg的高温熔盐，温度由( 降到 时放出的热量是多少J? (3)若该电站保持100兆瓦发电功率不变，一天(按24h)可以发电多少kW·h? 典题精练 1.我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖，其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀一235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯。二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为1.25×10⁹J；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为 热量为2×10⁸J,对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。(标准煤的热值取 (1)核燃料反应堆中的铀—235是 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。 (2)核能发电的能量转化过程为：核能→内能→ →电能。 (3)若给居民供热 相当于完全燃烧多少质量标准煤产生的热量? (4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为 J。 2.如图所示是太阳能LED路灯，白天有日照时，电池板将太阳能转化为电能并储存在锂电池中，晚上锂电池给LED路灯系统供电提供照明。已知：太阳能电池板输出参数为“20V 5A”,有效面积为 正常日照时，太阳每秒辐射到每平方米电池板上的能量为 (即为 若路灯每晚从20：00 持续工作到凌晨5：00，为了节能，LED路灯系统安装雷达感应装置，20：00至24：00人群活动密集时功率为20W，24：000至凌晨5：00夜深人静时功率为4W，已知锂电池最多能储存 的电能，则充满电可以提供LED路灯系统在阴雨天(无日照)持续工作多少个晚上? 第3讲跨学科实践：为节约能源设计方案 题型一 家中能源的使用情况 智慧锦囊 现在家庭中的采暖、制冷、照明、做饭、生活热水、汽车等，是消费能源的主要方面。用到的能源主要有：电能、天然气(或煤气)、汽油(或柴油)。 【例1】寻找自己家中各种能源的使用情况，并进行归纳梳理。 能源 能的转化器 化石能源 燃油汽车、燃气热水器、灶台 电饭锅 太阳能 题型二 优化能源使用方法 【例2】下列节能方案合理的是( ) A.夏季空调制冷时，适当调低空调温度 B.冬季采暖时，适当调高采暖温度 C.电脑不使用时让其处于“待机状态” D.为房屋加装保温层 题型三 新能源汽车 【例3】跨学科社会发展随着技术的进步，新能源汽车环保、经济、高效等优点越来越受用户的欢迎。某新能源汽车的电源由8000节电池组成，电池组总质量为400kg，该电池的能量密度为150W·h/ kg，如图，能量密度指电池可以充入的最大电能与其质量的比值。电池充电过程中，能量转化是电能转化为 能。快充模式下，该车额定电压为400V，额定电流为150A，使其从20%的电量充到80%的电量，需要 h。 典题精练 1.下列做法中符合绿色发展节能减排的是 ( ) A.小区内安装小型核电站 B.可以适当延长打开冰箱的时间 C.夏天将空调制冷温度调为16℃ D.家中无人时及时关灯 2.下列措施不利于“坚决打好蓝天保卫战”的是 ( ) A.禁止露天焚烧秸秆 B.发展燃煤火力发电 C.推广新能源公交车 D.限制燃放烟花爆竹 3.2024世园会主题为“公园城市美好人居”，秉持“绿色低碳、节约持续、共享包容”的理念。下列说法中错误的是 ( ) A.新能源包括太阳能、风能、地热能和石油 B.人类目前利用最广泛的能量形式是电能 C.一般情况下新能源汽车比燃油车的能量转化效率高 D.提高能量转化效率是可持续发展的重要措施之一 4.新考法 创新思维下表是一些材料的热导率。在为房屋加装保温层时，综合考虑耐火、是否容易安装等因素，下列材料最合适的是 ( ) 材料 热导率 材料 热导率 铝 236 硬泡沫塑料 0.041~0.048 普通玻璃 约0.8 聚苯乙烯 约0.04 锯木屑 约0.08 岩棉 约0.04 棉花 约0.05 空气 约0.03 A.棉花 B.岩棉 C.普通玻璃 D.空气 5.在国家大力倡导发展新能源汽车的政策引领下，各大车企积极响应号召，全力投身于新能源汽车的研发浪潮。当下，市场中的新能源汽车品类丰富多元，涵盖了混动、增程、纯电动、氢燃料电池等多种类型。其中增程车可以用燃油发动机发电补充电能，也可以使用充电桩补充电能，有效缓解续航焦虑。某型号增程新能源车的部分参数如表： 电池容量 50kW·h 汽油发动机最大转速 5400r/ min 最大行驶速度 100km/h (1)该型增程式电车中的汽油发动机遵循四冲程工作原理，依靠汽油机驱动发电。当汽油发动机以最大转速工作时，每秒对外做功 次。 (2)该车型使用燃油发电补充电能时，经过测算其消耗2L 汽油可以发电6kW·h，则该车型使用燃油发电的效率是多少?(计算结果要求百分号前的数保留一位小数， (3)该车型也可以采用充电桩充电。图甲为地下车库安装的充电桩，图乙为路面安装的充电桩正在为新能源车充电。在充电过程中，对充电速度的主要限制是电流不能太大，某款充电桩电流若超过 100A，则会产生更多热量，影响车辆充电安全。为此，车企开发了全新的800V充电平台替换原来的400V充电平台，在电流不变的情况下，可以提供更大的充电功率。假设全程都以最大电流充电，则该车型从零电量充至满电量时，使用800V充电平台比使用400V充电平台可节约多少充电时间?(给电池充电时不计能量损耗) 第1讲 能源利用的现状和面临的挑战 【例1】C 【例2】C 【例3】解：(1)光伏发电站一天的发电量 (2)将低处河水抽到高处克服重力做的功 水的质量 m河10⁴kg, 水 的 体 积 【典题精练】 1. B 2. B 3.不可再生80 4.解:(1)W=(10675.2-675.2)kW·h= 10¹¹J,需消耗燃煤的质量 第2讲新能源的发展 板块一核能与太阳能 【例1】B 【例2】A 【例3】解：(1)该系统一天能发电量为W= Pt=25kW×8h=200kW·h。 (2)因为Q=W=200kW·h=7.2×10⁸J，相当于完全燃烧的天然气的体积为 20m³。 (3)学校消耗的电能为 8×0.04kW×10h=176kW·h, 学校教室专设线路的供电效率η= 88%。 【典题精练】 1. D2. D 3. C 4.内能 电能 5.化学 电250 板块二 新能源设备相关的计算 【例1】核外电子 不可再生 聚 【例2】(1)增大摩擦力 电 电磁波(2)2×10⁵(3)75 【例3】解:(1)太阳 电 (2)利用放热公式 Q放=cm△t 可得,10kg的高温熔盐，温度由590℃降到290℃时放出的热量Q放=C熔盐 m熔盐 10⁶J。 (3)已知 100 兆瓦发电功率为 1×10⁵kW，若该电站保持100兆瓦发电功率不变，一天(按24h)可以发电W 10⁶kW·h。 【典题精练】 1.解:(1)不可再生(2)机械能 (3)由(Q= mq得 2.解：LED路灯系统每个晚上所消耗能量 3600s+4W×5×3600s=3.6×10⁵J, 满电锂电池可以提供LED路灯系统在阴雨天(无日照)持续工作天数 (天)。 第3讲跨学科实践：为节约能源设计方案 【例1】电能太阳能热水器 【例2】D 【例3】化学0.6 【典题精练】 1. D 2. B 3. A 4. B 5.解:(1)45 (2)发电效率 (3)储存电能 50kW·h;根据 W=UIt 可得，改造前所需时间 改 造 后 所 需 时 间 节约的时间 0.625h=0.625h。 学科网（北京）股份有限公司 $