第3节 能源与可持续发展（教学设计）物理沪科版（五四学制）2024九年级下册.

第3节 能源与可持续发展（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第3节 能源与可持续发展 教学 目标 物理观念 · 了解人类利用能源的历程；能区分一次能源、二次能源，可再生能源、不可再生能源；知道能量转化和转移具有方向性。 科学思维 · 通过对比核裂变和核聚变的特点，培养分析比较能力；从链式反应、热核反应的原理中，提升逻辑推理能力。 · 科学探究 · 结合教材中核反应、太阳能利用的相关内容，能分析实验原理，提升对能源转化过程的分析归纳能力。 · 科学态度 与责任 · 关注我国核能技术的发展，增强民族自豪感；认识新能源对解决能源问题的价值，树立节能与可持续发展的意识 教材 分析 本节围绕能源的利用历程与挑战，构建了从原始社会到现代社会能源发展的知识体系，衔接能量转化与守恒定律，体现物理与社会、科技的联系，强化科学态度与责任素养。内容以时间线展开，通过火的使用、蒸汽机发明、化石能源形成等实例，阐明一次能源与二次能源、可再生能源与不可再生能源的概念，重点在于理解能源分类及电能的优势，难点在于认识能量转化的方向性与能源有限性。教学应结合图示与生活情境，采用讨论法和案例分析法，引导学生理解为何要节约能源。学习活动可设计为能源演变时间轴绘制、家庭用电调查等，促进概念内化。目标定位在能区分能源类型，解释电能广泛应用的原因，并能从能量转化方向性角度说明节能必要性，最终达成对能源可持续利用的认知建构。 学情 分析 1. 知识储备分析：学生此前已学过能量的转化与守恒等知识，对能量有基础认知。高中阶段学生逻辑推理能力增强，能理解能源分类的逻辑，但对能源利用的方向性、不同能源的实际价值等抽象内容的理解仍需引导，对数据型材料的分析整合能力有待提升 · 2. 思维能力分析：教材重难点为核能的裂变、聚变原理及链式反应的可控性，还有太阳能等新能源的利用方式，要求学生能区分可控与不可控核反应，理解核能、太阳能的能量转化路径，建立新能源与能源危机的关联意识。 · 3. 学习兴趣与态度分析：凸显科学态度与社会责任素养，不足在于核心物理观念建构不充分，需强化类比建模与跨学科联系。 教学 重点 1. 1. 通过实例分析，理解可再生能源与不可再生能源的区别。 1. 2. 2.结合实例，掌握核电站利用可控链式反应发电的基本原理 教学 难点 1. 1. 区分裂变和聚变过程中原子核变化及能量释放的差异。 1. 2. 2.理解可控核聚变的技术难点及其对未来能源发展的意义。 2. 教学 器材 原子结构示意图，核电站图片，PPT 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】中国制造的 EAST 装置（东方超环），被称为中国的“人造太阳”，科学家们正在进行这种可控核聚变技术的研究。之所以称它为“人造太阳”，是因为它的反应原理和太阳内部的反应类似。“人造太阳”是解决人类能源危机的一条新途径吗？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、 为什么会有能源危机？ 【问题提出】人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的。使用能源的过程中，虽然能量的总量并未改变，但能量的利用价值却在降低。机械在工作的时候，部件之间必然相互摩擦，摩擦产生的热量耗散在环境中，这部分能量难以再被利用；发电厂生产的电能通过输电线传输，输电线会发热，部分电能转化为内能，这部分内能也不能自发地转化为电能为人们所利用。大量事实表明，能量的利用效率不可能达到 100%。自然界中有些能源可以源源不断地得到补充，或能在较短周期内再生，比如风能、水能、太阳能等，这些能源称为可再生能源（renewable energy source）。但有些能源的形成需要漫长的时间，越用越少，也不能在短期内从自然界得到补充，比如煤、石油、天然气都是古代生物的残骸通过长期的地质变迁形成的，这类能源称为不可再生能源（non-renewable energy source） 【背景】作为人类生存和发展的重要物质基础，煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了 19 世纪以来人类文明的进步和社会经济发展。然而这些能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使它们正在逐渐枯竭，由此带来了与此相关的能源危机问题。 能源是环境的一部分，节约能源本身就是对环境的保护。日常生活中，我们可以从节约用水、节约用电、减少使用一次性餐具等力所能及的小事做起，节约能源保护环境。 【例题01】关于能源、环境保护及能量守恒定律，下列说法正确的是 A．可燃冰、石油都属于可再生能源 B．废旧电池可以随意丢弃 C．用电动汽车替代燃油汽车，可以减少二氧化碳的排放 D．随着时代的进步，永动机是可以造出的 【答案】C 【解析】A．可燃冰、石油等能源在地球的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故A错误； B．废旧电池含有有毒的重金属，随意丢弃会污染环境，故B错误； C．用电动汽车替代燃油汽车，可以减少二氧化碳的排放，故C正确； D．永动机违背了能量守恒定律，“永动机”是不可能制造出来的，故D错误。 故选C。 【例题02】下列关于太阳能的说法正确的是 A．太阳能属于二次能源 B．太阳能属于不可再生能源 C．太阳是一个巨大的“核能火炉” D．太阳能电池直接将太阳能转化为化学能 【答案】C 【解析】A．太阳能属于一次能源，故A错误； B．太阳能属于可再生能源，故B错误； C．太阳内部发生的是核聚变，可以提供大量的能量，太阳是一个巨大的“核能火炉”，故C正确； D．太阳能电池直接将太阳能转化为电能，故D错误。 故选C。 学习新课 二、为什么要发展清洁能源？ 【基本概念】化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素。大量化石能源的消耗，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强，导致全球气候变暖。同时，化石能源消耗过程中还带来了大量的有害气体和烟尘排放，也是造成大气污染的重要原因。 从世界范围看，今后相当长时期内，煤炭、石油等化石能源仍将是能源供应的主体。我国已经开始统筹化石能源开发利用与环境保护，加快建设先进生产能力，淘汰落后产能，大力推动化石能源清洁发展，保护生态环境，应对气候变化，实现节能减排 【例题03】下列关于能源的理解正确的是 A．能量是守恒的，所以不需要节约能源 B．化石能源属于可再生能源 C．水能、风能是可循环利用的绿色能源 D．电能属于一次能源 【答案】C 【解析】A．能量虽然是守恒的，总量不变，但能量的转化和转移都是方向性的，有些可以利用，有些则不能利用，能源的利用是有条件的，人们能利用的能源是有限的，所以要节约能源，故A错误； B．煤、石油、天然气经过漫长的地质年代形成的，属于化石能源，化石能源属于不可再生能源，故B错误； C．煤、石油、天然气是不可再生的化石燃料；水能、风能是可循环利用的绿色能源，故C正确； D．电能无法从自然界中直接获取，必须通过消耗一次能源才能获得，因此电能属于二次能源，故D错误。 故选C。 学习新课 三、常见的清洁能源有哪些 【基本概念】通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、太阳能、地热能等。 核能 核能是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变 所释放的巨大能量。 20 世纪 30 年代，科学家们发现用中子轰击铀核，能使其分裂成几个中等质量的核，同时释放巨大的能量。原子核裂变时，不但会释放巨大的能量，还会伴随 2 ～ 3 个中子产生，新的中子又会使其他原子核继续裂变。如果核裂变反应不加以控制，会瞬间爆发出巨大的能量，无法应用于生产生活。 江苏连云港田湾核电站，站中具有可以控制核裂变反应的装置，使核能有控制地释放，从而能稳定地发电。与常规的火力发电相比，核能发电不会排放 出大量有害气体。但核电站使用的核燃料及产生的核废料都具有放射性，放射性材料或其释放的核辐射一旦泄漏，会严重地污染环境，所以核电站都建有多层防护外壳，核废料也要妥善地处理。 较轻的原子核在一定条件下能聚合成较重的原子核，同时会释放巨大的能量。20 世纪 50 年代，世界上第一颗氢弹爆炸，其瞬间产生的巨大能量震惊世界。科学家们希望可以控制核聚变的过程，使能量持续稳定地输出。 【物理学家】1964 年，我国“两弹一星”元勋、核物理学家王淦昌（1907—1998）独立地提出了用激光打靶实现核聚变的设想，是世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一，使中国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。 【例题04】关于能源和可持续发展，以下相关说法不正确的是 A．太阳核心每时每刻都发生氢弹爆炸 B．化石能源和核能都属于一次不可再生能源 C．核电站是利用核聚变释放的核能来发电 D．能量的转化和转移具有方向性，所以人类需要节约能源 【答案】C 【解析】A．在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能，每时每刻都发生氢弹爆炸，故A正确，不符合题意； B．化石能源和核能在地球上的储量是有限的，利用之后无法再生，化石能源和核能都可以从自然界直接获取，属于一次不可再生能源，故B正确，不符合题意； C．核电站是利用核裂变的链式反应释放的核能来发电的，故C错误，符合题意； D．能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，都服从能量守恒定律，但是能量的转化和转移具有方向性，所以必须节约能源，故D正确，不符合题意。 故选C。 学习新课 四、太阳能与地热能类比 【基本概念】太阳（图 17-3-7）是一个巨大而炙热的星球，它的主要成分是氢和氦。在太阳的中心区域不断发生着核聚变，几乎每秒就有 6 亿多吨氢聚变成氦，同时源源不断地释放出巨大的能量。这些能量向广袤的宇宙辐射，虽然仅有很小的一部分到达地球，但却是地球上大部分能量的来源，深刻地影响着地球的生态。目前，人类利用太阳能的方式主要是发电。太阳能发电的形式一般有光伏发电和光热发电两种。光伏发电利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能。上海浦东新区地铁龙阳路基地的屋顶铺满了光伏太阳能板，蔚为壮观。光热发电通过光学聚焦的方式将太阳能聚集起来，产生高温高压的蒸汽来驱动发电。 地热能 地球内部的温度高达几千摄氏度，如此高的温度必然蕴藏着巨大的能量，这种来自地表下面的能量就是地热能。地热能除了可直接用于发电，发电后的热排水还可实现供暖、种植、养殖、旅游等综合利用，是清洁的零碳能源。储量巨大且绿色无污染的地热能，将是极富潜力的未来能源。我国地热资源分布广泛，西藏地区具有丰富的地热资源（图 17-3-9）。西藏羊八井地热电厂，是世界上首座利用地热浅层热储进行工业性发电的电厂，被誉为“世界屋脊”上的一颗明珠 能源是社会发展的基础和动力源泉。全球能源危机是当前人类面临的重大挑战，需要采取节能减排、能源转型、开发新能源等一系列措施综合应对。加强全球合作，也是解决能源危机的关键，全人类需要共同努力，为实现可持续能源发展贡献智慧和力量。 【例题05】能源和信息在我们生活生产中越来越重要，下列说法中正确的是（　　） A．可以利用月球作为微波通信的中继站 B．光在光导纤维中是通过光的反射传播的 C．水能是一次能源，所以水力发电产生的电能也是一次能源 D．原子核聚变和裂变能释放出惊人的能量，所以核能是可再生能源 【答案】B 【解析】A．月球距离地球太远，一是传输信号延迟时间较长；二是信号衰减严重；再者月球与地球非同步，不利于信号的发射与接受，故A错误； B．光缆通信是利用激光在光导纤维内的全反射传输信息的，故B正确； C．一次能源是指从自然界直接获取、没有经过加工的能源，电能是人们利用水能通过发电设备加工转化的能源，属于二次能源，故C错误； D．原子核裂变所利用的核原料，不能从自然界中源源不断的获得，不能重复利用，属于不可再生能源，故D错误。 故选B。 此处需要注意，常在选择题形式考察 煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了 19 世纪以来人类文明的进步和社会经济发展，注意：危害与利 解题关键在于：太阳能是一次能源且是核聚变 危害在于引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加 此处对肯定句需要注意，绿色能源 核能定义：是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变 所释放的巨大能量。 太阳它的主要成分是氢和氦。在太阳的中心区域不断发生着核聚变 （勿与核裂变混淆） 知识拓展：光缆通信是利用激光在光导纤维内的全反射传输信息的 课 堂 练 习 1.我国光伏发电量位居世界首位，太阳能是__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源；锂离子电池充电时，电池相当于____________（选填“电源”或“用电器”）；100g氢完全燃烧放出的热量是________J。（q氢=1.4×108J/kg） 【答案】可再生     用电器     1.4×107 【详解】[1]太阳能是取之不尽的能源，是可再生能源，。 [2]锂离子电池放电时是电源，充电时消耗电能，相当于用电器。 [3]100g氢气完全燃烧放出的热量是 Q放=m氢q氢=100×10-3kg×1.4×108J/kg=1.4×107J 2.某品牌能热水器具有电加热功能。太阳能属于______能源，电加热器的功率为2.1kW，则加热两小时消耗的电能为______kW·h；热水器储水100kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），某天阳光照射水温升高60℃，水吸收的热量为______J，要产生同样多的热量，需要电加热______s。 【答案】可再生     4.2     2.52×107     1.2×104 【详解】[1]在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，太阳能是可再生能源。 [2]电加热器的功率为2.1kW，根据可得，加热两小时消耗的电能为 [3]水吸收的热量为 [4]要产生同样多的热量，消耗的电能为 需要加热的时间为 3. 3.我国风能资源丰富，开发前景广阔。如图是中广核盂县丙潘风力发电，风力发电机靠叶片在风力的推动下转动，带动发电机发电，把风能转化为电能。这种发电机的工作原理最早是由英国物理学家______发现的；风能属于______(选填“可再生”或“不可再生”)能源。 【答案】法拉第     可再生 【解析】[1]英国物理学家法拉第首先发现了磁能产生电，即电磁感应现象，并根据这一现象制成了世界上第一台发电机。 [2]我国北方地区风能资源比较丰富，可以充分利用风能来发电，风能可以源源不断的从自然界获得，是可再生能源。 4.2022年2月俄乌军事冲突开始以来，石油、煤、天然气的供应在国际市场上一下子紧张起来，许多国家正在谋求长远的多种能源出路。下面有关能源的说法正确的是（　　） A．煤属于核能范畴，用煤发电是通过链式反应完成的 B．天然气可以直接从自然界获取，属于一次能源，而石油是二次能源 C．石油、煤、天然气都是化石能源 D．风能、石油、太阳能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源 【答案】C 【详解】A．煤属于化石能源，用煤发电是通过煤炭燃烧的化学能转化为内能推动汽轮机产生机械能再通过转子在磁场中转动转化成电能，故A错误； BC．石油、煤、天然气都是化石能源，都可以直接从自然界获取，属于一次能源，故B错误，C正确； D．风能、太阳能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源，而石油的储量是有限的，在短时间内不可再生，不能从自然界持续不断地得到，属于不可再生能源，故D错误。 故选C。 4. 板 书 设 计 第3节 能源与可持续发展 一，为什么会有能源危机？ 人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的 二，为什么要发展清洁能源？ 化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素 三，常见的清洁能源有哪些？ 通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、太阳能、地热能等 课 堂 小 结 本节课以核能与太阳能为主线，通过原子结构模型引入核能概念，结合裂变链式反应、聚变原理及核电站发电流程展开教学，并拓展太阳能等可再生能源应用。教学基本达成课标“了解核能、太阳能等新能源的特点及应用”的目标，成功之处在于模型建构清晰、图文结合紧密、科技前沿案例（如华龙一号、EAST）激发兴趣；不足之处在于对核反应中质量亏损与能量转化的微观机制未作定量渗透，学生对“不可再生”与“清洁性”的辩证理解较浅，且缺乏能源选择的情境辨析活动，需强化科学态度与社会责任素养的落地。 1 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $