第2节 能源的开发与利用（导学案）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

第2节 能源的开发与利用 （导学案） 【学习目标】 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。 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。 【学习重点】 1. 燃料电池的原理与应用。 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。 【学习难点】 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 【自主学习】 1. 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 2. 风能曾作为重要的能源很早就被人们开发利用，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 3. 18 世纪蒸汽机的发明，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。 4. 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% 【课堂探究】 探究一 能量的利用 能量从何而来 【问题提出】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。 【例题01】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 【详解】解：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。 故选：D。 【例题02】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：；。 探究二 能源的开发与利用经历了怎样的历史过程 1. 风能 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。 2. 水能 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， 【例题03】【阅读题】阅读能通车还能发电光伏高速公路回答问题。 能通车还能发电光伏高速公路光伏发电是将光能直接转变为电能的一种技术。2017年12月28日，我国首个承载式光伏高速公路试验段在济南建成通车，实现利用高速公路路面并网发电。 这种路面的全称是承载式高速光伏路面，它最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，在保证轮胎不打滑的同时，还要让阳光穿透它，使下面的太阳能电池把光能转换成电能，实时输送给电网，就好像一个巨大的“充电宝”。 光伏路面铺设长度1080米、净面积5875平方米，铺设主行车道和应急车道。这种光伏并网发电，装机容量峰值功率千瓦，平均功率为100千瓦。 在冬季，这段路面还可以将光能转化为热能，消融冰冻积雪，确保行车安全。最神奇的地方在于，这段光伏路面提前预留了电磁感应线圈，可以让以后的电动汽车边跑边充电。如果以后真的普及这种技术，公路变成了永远不用担心没电的“充电宝”，没有污染，不需要加油，永不断电的电动车将会大大便利我们的生活不过，由于技术不成熟，暴露出一些问题，建成不到一年的光伏路面就拆除了。 任何一个科技创新都要经历不断改进的过程，期待不久的将来会有更成熟的技术支持的光伏路面服务于人们的生活。 请根据上述材料，回答下列问题： 光伏路面最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，这种材料应该选用______选填“较粗糙的”或“较光滑的”，______选填“透光率较高的”或“透光率较低的”； 按平均发电功率为100千瓦、日平均工作2h计算，预计可实现年发电量______度一年按365天计算； 这段光伏路面提前预留了电磁感应线圈，可以让以后的电动汽车边跑边充电，这和______原理相同。选填“发电机”或“电动机” 【答案】较粗糙的  透光率较高的    发电机 【解析】解：光伏路面最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，需要保证轮胎不打滑，这种材料应该选用较粗糙的；还要让阳光穿透它，则需要透光率较高的。 预计可实现年发电量：度。 由电动汽车边跑边充电可知，其原理为电磁感应现象，即与发电机的原理相同。 故答案为：较粗糙的；透光率较高的；；发电机． 光伏路面最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，需要保证轮胎不打滑，这种材料应该选用较粗糙的；还要让阳光穿透它，则需要透光率较高的。 知道功率P和时间t，利用计算出发电量。 电动汽车边跑边充电，电动汽车首先要先发电，再充电，发电的原理是电磁感应，这与发电机的工作原理一致。 本题考查的是滑动摩擦力的影响因素、发电机的工作原理及电能的计算，牢记概念并灵活利用所学知识，即可解决本题。 探究三 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。 【课堂练习】 1. 一款太阳能车，车身太阳能电池板的面积为；该车所在地单位面积上太阳能的辐射功率为5kW，电车搭载的太阳能板的光电转化效率为，则这辆电车30min内可以发电______；电车在阳光下发电时会将产生的电能储存到与太阳能板关联的蓄电池内，此过程中蓄电池内的能量转化过程是_____________。 【答案】10；电能转化为化学能； 【解析】本题考查了能的转化、电能的计算，要注意从题目中获得相关的信息。已知单位面积上太阳能的辐射功率、太阳能电池板的面积、日照时间及光电转化效率，可以直接计算出提供的电能；蓄电池充电过程中电能转化为化学能。 太阳能电池板每天可以提供的电能： 蓄电池充电过程中相当于用电器，电能转化为化学能。 故答案为：10；电能转化为化学能； 2. “滴滴”打车以其方便快捷的特点，成为不少人出行的首选。“滴滴”的不少车主，都会选择以天然气代替柴油或汽油的新燃料车，天然气属于______选填“可再生”或“不可再生”能源，它以其______的特点，成为环保的首选车辆；“不能与烟共舞，吸烟有害健康”，这是不少“滴滴”司机的温馨提示，在空气不流通的轿车里，只要有一个人吸烟，整个车厢都会充满烟味，这是因为______。 【答案】不可再生  清洁无污染  分子在永不停息的作无规则运动 【解析】解：天然气属于不可再生能源。由于天然气燃烧后的产物，不会造成环境污染，所以具有清洁无污染的特点。一个人吸烟，整个车厢都会充满烟味，这是因为分子在永不停息的作无规则运动。 故答案为：不可再生；清洁无污染；分子在永不停息的作无规则运动。 可再生能源的概念：像风能、水能、太阳能等可以在自然界源源不断地得到，把它们称为可再生能源。不可再生能源的概念：化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源。 天然气燃烧后的产物是水和二氧化碳，所以天然气具有清洁无污染的特点。 构成物质的分子总在不停地做无规则运动。 能够区分可再生能源和不可再生能源，理解分子动理论的内容，是解答此题的关键。 3. 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：；。 知道煤的热值q和煤完全燃烧放出的热量吸收的太阳能，利用求需要完全燃烧煤的质量； 知道路灯的电功率和用电时间，利用求路灯消耗的电能，这是有用能量；太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为总能量，利用效率公式求该太阳能路灯的能量转化效率。 本题考查了燃料完全燃烧放出热量的计算、消耗电能的计算、效率的计算，涉及到新开发的太阳能路灯使用时的能量转化，灵活运用所学知识解决实际问题，有意义 4.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。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 能源的开发与利用 （导学案） 【学习目标】 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。 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。 【学习重点】 1. 燃料电池的原理与应用。 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。 【学习难点】 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 【自主学习】 1. 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 2. 曾作为重要的能源很早就被人们开发利用， 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 3. 18 世纪蒸汽机的发明，开启了人类将 大规模转化为 的时代， 以其 的优点成为全球第一大能源。 4. 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 【课堂探究】 探究一 能量的利用 能量从何而来 【问题提出】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。 【例题01】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 【例题02】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 探究二 能源的开发与利用经历了怎样的历史过程 1. 风能 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。 2. 水能 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， 【例题03】【阅读题】阅读能通车还能发电光伏高速公路回答问题。 能通车还能发电光伏高速公路光伏发电是将光能直接转变为电能的一种技术。2017年12月28日，我国首个承载式光伏高速公路试验段在济南建成通车，实现利用高速公路路面并网发电。 这种路面的全称是承载式高速光伏路面，它最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，在保证轮胎不打滑的同时，还要让阳光穿透它，使下面的太阳能电池把光能转换成电能，实时输送给电网，就好像一个巨大的“充电宝”。 光伏路面铺设长度1080米、净面积5875平方米，铺设主行车道和应急车道。这种光伏并网发电，装机容量峰值功率千瓦，平均功率为100千瓦。 在冬季，这段路面还可以将光能转化为热能，消融冰冻积雪，确保行车安全。最神奇的地方在于，这段光伏路面提前预留了电磁感应线圈，可以让以后的电动汽车边跑边充电。如果以后真的普及这种技术，公路变成了永远不用担心没电的“充电宝”，没有污染，不需要加油，永不断电的电动车将会大大便利我们的生活不过，由于技术不成熟，暴露出一些问题，建成不到一年的光伏路面就拆除了。 任何一个科技创新都要经历不断改进的过程，期待不久的将来会有更成熟的技术支持的光伏路面服务于人们的生活。 请根据上述材料，回答下列问题： 光伏路面最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料，这种材料应该选用______选填“较粗糙的”或“较光滑的”，______选填“透光率较高的”或“透光率较低的”； 按平均发电功率为100千瓦、日平均工作2h计算，预计可实现年发电量______度一年按365天计算； 这段光伏路面提前预留了电磁感应线圈，可以让以后的电动汽车边跑边充电，这和______原理相同。选填“发电机”或“电动机” 探究三 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。 【课堂练习】 1. 一款太阳能车，车身太阳能电池板的面积为；该车所在地单位面积上太阳能的辐射功率为5kW，电车搭载的太阳能板的光电转化效率为，则这辆电车30min内可以发电______；电车在阳光下发电时会将产生的电能储存到与太阳能板关联的蓄电池内，此过程中蓄电池内的能量转化过程是_____________。 2. “滴滴”打车以其方便快捷的特点，成为不少人出行的首选。“滴滴”的不少车主，都会选择以天然气代替柴油或汽油的新燃料车，天然气属于______选填“可再生”或“不可再生”能源，它以其______的特点，成为环保的首选车辆；“不能与烟共舞，吸烟有害健康”，这是不少“滴滴”司机的温馨提示，在空气不流通的轿车里，只要有一个人吸烟，整个车厢都会充满烟味，这是因为______。 3. 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 4.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。 学科网（北京）股份有限公司 $