第2节 能源的开发与利用（表格式教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理教学设计聚焦能源的开发与利用，涵盖可再生与不可再生能源分类、核能等新能源原理及能源利用历史。通过上海东海大桥风力发电场实例导入，衔接学生已有能量概念，构建从基础认知到实际应用的学习支架。 特色在于融合物理观念（能源分类、核能原理）、科学思维（环境问题逻辑分析）与科学态度（我国氢能轻轨车等实例），采用史料探究与实例分析，提升学生信息整理能力，帮助教师高效落实课标，强化知识与生活、科技的联系。

第2节 能源的开发与利用 （教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第2节 能源的开发与利用 教学 目标 物理观念 · 能区分可再生能源与不可再生能源；了解人类利用能源的历史，知道核能、太阳能等新能源的开发与利用方式。 科学思维 · 通过分析能源利用带来的环境问题，培养逻辑分析能力；从能源利用发展历程体会科学技术的发展逻辑。 科学探究 查阅资料了解新能源开发利用现状，提升信息收集与整理能力；分析不同能源优缺点，增强归纳总结能力。 科学态度 与责任 认识到能源与环境问题的重要性，树立正确的能源观；增强对新能源开发利用的责任感，培养探索精神 教材 分析 本节围绕能源的利用展开，从可再生能源与不可再生能源的分类入手，结合历史发展阐述人类对能源的探索历程，重点在于理解能量守恒思想在核能中的体现及能量转化与守恒观念，难点在于核裂变、核聚变的区别与应用。教学应以图示和实例为载体，通过对比分析帮助学生建构能源利用与环境关系的认知框架，联系生活实际强化可持续发展意识。内容衔接力学中的能量概念，关联物理与社会、科技发展的素养目标，宜采用问题驱动、情境模拟等方法组织学习活动，引导学生通过讨论、资料分析理解新能源开发的意义，达成“学以致用”的认知进阶。 学情 分析 1. 知识储备分析：学生在之前已对日常生活中的一些能源利用有初步认识，如常见的电力、燃气使用等。 2. 思维能力分析：通过分析能源利用带来的环境问题，培养逻辑分析能力 3. 学习兴趣与态度分析：此阶段学生思维逐渐成熟，知识储备增多，对复杂知识的理解能力增强，好奇心和探索欲旺盛。教材重难点在于能源分类的准确判断、核能的两种利用方式及原理、新能源开发利用的特点。要求学生不仅要清晰区分各类能源，掌握核能裂变与聚变知识，还要了解新能源优势，树立正确能源观和环保意识。 教学 重点 1. 通过对比分析，区分可再生能源与不可再生能源的概念及典型实例。 1. 2. 2.结合实例说明核裂变与核聚变的基本原理及其在能源利用中的应用。 教学 难点 1. 1. 理解核裂变链式反应的过程及其在核能发电中的控制原理。 1. 2. 2.分析能源开发与环境保护之间的矛盾，提出合理利用能源的可行措施。 教学 器材 PPT ，古代水车、风车和现代太阳能电池板、风力发电机；另一组是蒸汽机车、火力发电厂和雾霾笼罩的城市 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】广阔海面上的风蕴含着巨大的能量，这种能量可以转化为帆船的动能，使帆船航行；也可以驱动风力发电机的叶轮进行发电。上海东海大桥海上风力发电场，通过风力发电机把风能转化成电能。在广阔的大自然中我们如何才能获得所需的能量呢？ 学习新课 一、能量从何而来？ 【史料概括】能量以各种形式蕴藏在大自然中，使世界呈现出生机勃勃的景象。我们把能够提供能量的物质资源叫做能源（energy sources）。地球上大部分能源所具有的能量都来自太阳。太阳的照射使地表的水蒸发形成雨和雪，雨雪降落到地面形成河流，流动的水具有水能。由于地球上的日照不均匀，地球表面的不同区域存在温差，引起大气流动产生风能。大自然给予我们丰富的馈赠，有些能源可以从自然界直接获得，如风能、水能、地热能、核能、煤、石油、天然气等能源，在农村生活中常见的秸秆、薪柴等也可以从自然界直接获得。有些能源不能从自然界直接获得，但可以经过加工或转化而来，例如需对石油进行提炼才能获得汽油，需对煤进行加工才能获得焦炭，生活中常见的电能也是由其他形式的能源转化而来的。 焦炭 地热能 【例题01】关于能量与能源，下列说法中正确的是 A. 能量小的物体可以将能量传给能量大的物体 B. 能量在转化或转移的过程中，总量会减少 C. 随着科学技术的发展，最终可以实现能量的转化效率达到 D. 核能和太阳能一样都是不可再生能源 【答案】A 【解析】A、内能少的物体温度高，也可以将能量传给内能多温度低的物体，故A正确； B、根据能量守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，总量是不变的，故B错误； C、不论科学技术怎么发展，在利用能量做功的同时，由于机械摩擦、废气等因素影响，都要消耗能量，因此其转化效率不可能达到，故C错误； D、核燃料是短期无法再生的，所以是不可再生能源，故D错误。 【例题02】下列说法正确的是 A. 风能属于不可再生能源 B. 光纤通信是利用电流传递信息的 C. 一切物体都具有热量 D. 原子是由原子核和电子组成的 【答案】D 【解析】A、像风能、水能、太阳能等可以在自然界里源源不断地得到，称它们为可再生能源，故A错误。 B、光纤通信是利用光在光导纤维中传播，故B错误。 C、一切物体都具有内能，热量指热传递过程中传递内能的多少，故C错误。 D、原子由带正电的原子核和核外带负电的电子构成，故D正确。 学习新课 二，能源的开发与利用经历了怎样的历史进程？ 【历史探究】能源的开发与利用对人类文明的进步有着深远影响，人们探索开发利用能源的脚步从未停止过。历史上曾经历多次重大能源变革，每一次新的能源开发利用和技术突破，都极大地促进了生产力的提高和文明的进步。人类最早使用的能源是太阳能，原始时期，人类所能获得的能源来源于太阳辐射所带来的光热。人类历史上第一次意义重大的能源革命是对火的利用，由此人类开发利用能源的时代正式开启。从“钻木取火”开始，意味着火这种自然力被人类初步掌握，从而使人类走出了茹毛饮血的时代。农业文明时代的秸秆、薪柴等是火力的主要来源。 风能曾作为重要的能源很早就被人们开发利用，主要用于船舶航行、风车灌溉等。唐代诗人李白留有脍炙人口的著名诗句“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，可见古人已知道利用风能。水能的开发利用也有着悠久的历史，应用于农业、冶炼、纺织等多个领域。我国劳动人民对水力的机械化利用远在汉代时就已经出现，，汉代学者桓谭在《桓子新论》中记载了一种用水力舂米的机械—水碓。水力机械的广泛应用，极大地推动了当时社会生产力的发展。 在近代，能源的开发利用迅猛发展。18 世纪蒸汽机（图 17-2-7）的发明，开启了人类将内能大规模转化为机械能的时代，煤炭以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。随后，人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，石油以其更高热值、更易运输等特点，成为了新的重要能源。19 世纪初电磁感应现象的发现，使人类进入了大规模获取电能的时代，电能被广泛应用于动力、照明、通信、广播等各个领域，在我们的生产生活中起到重大的作用。20 世纪近代物理学的成果为核能的利用奠定了理论基础， 水碓 【例题03】关于能源和可持续发展，下列说法正确的是 A. 风能、太阳能、核能都是可再生能源 B. 太阳能电池将太阳能直接转化为化学能 C. 我国已建成的核电站是利用核聚变来发电的 D. 能量的转移和转化是有方向性的，所以我们必须节约能源 【答案】D 【解析】A、核能是不可再生能源，太阳能、风能都属于可再生能源，故A错误； B、太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，故B错误； C、核反应堆中发生的是可控制的核裂变，核电站发电的过程是将核裂变产生的核能转化为内能，再通过汽轮发电机转化为电能，故C错误； D、能量转化过程是有方向性的，是不可逆的，所以必须节约能源，故D正确。 故选：D。 学习新课 三，燃料电池 【拓展】燃料电池是一种新型能量转化装置，它将燃料与氧化剂的化学能通 过电化学反应直接转化成电能。燃料电池具有很高的经济价值，目前实际运行的各种燃料电池的转换效率一般在 45% ～ 60%。燃料电池被誉为继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。 20 世纪 60 年代初，我国便开始燃料电池的研究，目前在燃料电池的研发和应用方面取得了许多重要成果。2023 年 3 月 2 日，由我国自主研发的国内首列氢燃料混合动力铰接轻轨车正式下线，创造了零排放、零污染中运量轨道交通列车的“国内首例”。2023 年 10 月 11 日，我国首艘氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟 1”号在湖北宜昌首航成功，标志着氢燃料电池技术在我国内河船舶应用上实现零的突破。 氢燃料混合动力铰接轻轨车 “三峡氢舟 1”号 思考并回答问题，进入情景。 风能、水能、地热能、核能、煤、石油、天然气比较常见 解题关键：能量守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，总量是不变的 内能大规模转化为机械能的时代，煤炭以其高热值、分布广 能量转化过程是有方向性的，是不可逆的 体现效率的重要性 课 堂 练 习 1.太阳能路灯的灯杆顶端有太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能。并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明。若在一段时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为，这与完全燃烧_______kg的煤放出的热量相当；这些能量经转化后，可供功率为35W的路灯工作60h，那么该太阳能路灯的能量转化率是______________煤的热值为 【答案】  【解析】解：由题知，， 则需要完全燃烧煤的质量： ； 使用太阳能路灯的有用能量： 由可得，， 太阳光辐射到该太阳能电池板的能量总能量 ， 该太阳能路灯的能量转化效率： 。 故答案为：；。 2.寒冷的冬天，人们晒太阳感觉很温暖，说明光具有______，太阳能一体化路灯，它将光能转化为______能，然后供给路灯。植物的光合作用是将光能转化为______。 【答案】 能量  电  化学能 【解析】人们晒太阳感觉很温暖，这说明太阳光具有能量； 太阳能电池板工作时将太阳能直接转化为电能； 植物的光合作用是把光能转化为化学能。 故答案为：能量；电；化学能。 3.如图所示我国用长征火箭发射“嫦娥”卫星。 长征火箭加速上升过程中，“嫦娥”卫星的机械能将______，以火箭为参照物，“嫦娥”卫星是______的。 如图所示“嫦娥”卫星在太空张开“翅膀”是为了接收______能，这属于______填“可再生”或“不可再生”能源 “嫦娥”卫星携带的探测仪器随地理位置的改变其质量______，它们科学探测得到的图象和数据是通过______传递到地球的。 “嫦娥”卫星绕月飞行时在遭遇月食没有太阳光照射期间，卫星表面温度会急剧下降，这是通过______的方式改变物体的内能。 【答案】 变大  静止  太阳  可再生  不变  电磁波  热传递 【解析】解： 在火箭加速上升过程中，嫦娥卫星的质量不变、速度增大，所以动能增大；同时高度增加，重力势能增大；动能和重力势能都增大，所以其机械能将变大； 以火箭为参照物，“嫦娥”卫星与火箭之间没有位置变化，则卫星是静止的； 卫星在太空张开的“翅膀”是太阳能电池板，所以卫星在太空张开“翅膀”后获得的能源是太阳能； 太阳能在短时间内可以从自然界源源不断得到补充，属于可再生能源； 质量是物体的一个基本属性，当物体的位置发生改变时，物体的质量不发生变化，所以从地球带到卫星中仪器的质量不发生改变。 太空是真空，真空不能传声，而电磁波可以在真空中传播，故探测得到的图象和数据是通过电磁波传递到地球的； 卫星绕月飞行时在遭遇月食期间没有太阳光照射，卫星表面的温度会急剧下降，即其质量不变，温度降低，所以内能减小；这是通过热传递的方式改变内能的。 板 书 设 计 第2节 能源的开发与利用 一，能量从何而来 二，能源的开发与利用经历了怎样的历史进程？ 三，燃料电池 课 堂 小 结 本节课围绕能源的利用展开，从可再生能源与不可再生能源的概念辨析，到核能、太阳能、风能等新能源的开发与利用，结合历史发展脉络帮助学生理解能源技术对人类文明的推动作用，并引导其关注能源利用与环境保护的关系。教学基本达成课标要求，成功之处在于通过图片与实例增强直观性，激发了学生对能源问题的关注和思考，初步建立了科学、技术、社会与环境相联系的观念；不足之处在于对核聚变、氢能等前沿内容讲解较浅，学生对能量转化过程的理解不够深入，探究活动设计不足，需增加实验或模拟环节以提升科学探究能力。 学科网（北京）股份有限公司 $