22.2 新能源的发展（课件，教材配套版）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件围绕新能源的发展，系统讲解核能（裂变、聚变）、太阳能等核心知识。通过“解决化石能源问题，新能源有哪些”的生活问题导入，衔接化石能源知识，借助原子核结构示意图、链式反应图等图文及实例构建学习支架。 其亮点在于落实新课标四维目标，科学态度与责任方面突出我国华龙一号等核电成就，科学思维通过比较裂变聚变培养逻辑分析，科学探究引导学生分析可控核聚变。采用问题驱动和图文结合的教学方法，帮助学生建立能量观念和社会责任意识，教师可直接使用结构化目标与练习提升教学效率。

第二十二章 能源与可持续发展 22.2 新能源的发展 同步教学PPT 人教版·九年级物理 2026 本课学习“新能源的发展”，重点认识核能、太阳能及其他新能源。[停顿] 要点：①课题 ②能源与可持续发展 时长：0.5分钟 问题导入 从生活走向物理 22.2 新能源的发展 02 / 26 问 题 为了解决利用化石能源带来的问题，人们着手开发各种新能源。你 知道的新能源有哪些？ [过渡] 先从教材的问题出发：我们知道哪些新能源？[互动] 请学生根据生活见闻举例，再思考开发新能源的原因。 要点：①化石能源带来的问题 ②新能源开发 时长：2分钟 四维教学目标 依据《义务教育物理课程标 准（2022年版）》 22.2 新能源的发展 03 / 26 物理观念 认识原子核的组成，理解核能、裂 变、聚变；能从能量转化角度说明 核电站和太阳能利用。 科学思维 比较裂变与聚变、可控与不可控链 式反应；依据图示梳理能量转化和 装置间的逻辑关系。 科学探究 通过阅读教材图文、提取信息和交 流解释，分析可控核聚变研究与新 能源利用方式。 科学态度与责任 关注我国核电与核聚变技术成就， 认识核安全、核废料处理及可持续 发展责任。 [过渡] 本课以物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度组织学习。目标不只是记住概念，还要能读图、比较、解释和做出有责任的判断。 要点：①能量观念 ②图文证据 ③安全与可持续发展 时长：1分钟 原子核的内部结构 核能 22.2 新能源的发展 04 / 26 我们知道，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。科学家通过进一步的研究表 明，原子核还有如图22.2-1所示的更精细的内部结构：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；质子的质量大约是电子的1 836倍 ，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子 核，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。 图22.2-1 原子核及核外电子 科学世界 随着科学技术的发展，科学家发现了更多的新粒子， 并发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。人们 对微观世界的探索在不断深入。 [过渡] 要认识核能，先回到原子结构。指图说明原子核、质子、中子和核外电子的关系，并强调所带电荷及质量特点。 要点：①核式结构 ②电荷 ③1 836倍 时长：3分钟 核能的由来 核能 22.2 新能源的发展 05 / 26 质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此 原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的 。但是，一旦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（nuclear energy）。 分裂或结合 释放惊人的能量 [过渡] 质子和中子依靠强大的核力结合。当大原子核分裂或小原子核结合时，就可能释放惊人的核能。[停顿] 要点：①核力 ②分裂与结合 ③核能定义 时长：2分钟 裂变与链式反应 核能·裂变 22.2 新能源的发展 06 / 26 裂变 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，这些中子又会轰击其他铀核……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（图22.2-2）。1 kg铀 全部裂变，释放的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量。 图22.2-2 链式反应 1 kg 铀 ≈ 2 800 t 标准煤 [过渡] 观察链式反应图，追踪“中子轰击—铈235裂变—产生新中子—继续轰击”的过程。用1 kg铈与2 800 t标准煤的对比感受核能的巨大。 要点：①裂变 ②链式反应 ③能量密度 时长：3分钟 链式反应的控制 核能·裂变 22.2 新能源的发展 07 / 26 不加控制 如果对链式反应不加控制，那么大量原子核 就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量 ，例如原子弹的爆炸（图22.2-3）。 图22.2-3 可控链式反应 如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释 放，例如核反应堆中发生的就是可控链式反应 。核电站利用核能发电，它的核心设备就是核 反应堆（图22.2-4）。 图22.2-4 华龙一号核反应堆 [过渡] 同一种链式反应，是否受控会导向不同结果。左侧是一瞬间释放极大能量，右侧是在核反应堆中控制核能释放。 要点：①不受控 ②可控 ③核反应堆 时长：3分钟 核电站如何发电 核能·裂变 22.2 新能源的发展 08 / 26 核电站利用核反应堆产生的内 能，通过汽轮机做功，带动发 电机发电（图22.2-5）。 图22.2-5 核电站发电原理 核能 → 内能 → 机械能 → 电能 [过渡] 核反应堆释放核能并产生内能，蒸汽推动汽轮机做功，再带动发电机。[互动] 请学生按图中箭头复述能量转化。 要点：①核能 ②内能 ③机械能 ④电能 时长：3分钟 我国核能发电技术 核能·科技成就 22.2 新能源的发展 09 / 26 图22.2-4 华龙一号核反应堆 华龙一号 随着我国具有完全自主知识产权的第三代 百万千瓦级核电技术机组——华龙一号的 建成，我国的核能发电技术已居于世界先 进地位。 [过渡] 教材以华龙一号展示我国核电技术成就。强调“完全自主知识产权”和“世界先进地位”。 要点：①华龙一号 ②自主知识产权 ③科技自信 时长：1.5分钟 聚变与热核反应 核能·聚变 22.2 新能源的发展 10 / 26 聚变 如果使某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和 一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高 温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能 （图22.2-6）。这就是聚变，有时也称为热核反应。 图22.2-6 氘氚聚变 氘核、氚核都是氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是这种能 量。 超高温 + 高压 [过渡] 从质量较大的原子核分裂，转向质量很小的原子核结合。指图说明氘核、氚核在超高温和高压下结合成氦核并释放核能。 要点：①聚变 ②热核反应 ③氢弹 时长：3分钟 太阳——巨大的“核能火炉” 核能·聚变 22.2 新能源的发展 11 / 26 在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。因此可以说， 太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放 的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。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。太阳这 个巨大的“核能火炉”已经“燃烧”了近50亿年。目前，它正处于壮年，要再 过50亿年才会燃尽自己的核燃料。那时，它将膨胀为一个巨大的红色星体…… 约 6 000 ℃ · 近 50 亿年 · 再过 50 亿年 [过渡] 太阳的能量根源是其内部持续发生的核聚变。结合6 000 ℃、近50亿年和再过50亿年三个数据，感受太阳能的巨大与持久。 要点：①氢核聚变 ②光和热 ③太阳寿命 时长：3分钟 可控核聚变的探索 核能·聚变 22.2 新能源的发展 12 / 26 如何实现可控核聚变，如何利用可控核聚变释放的核能，科学 家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富、可以实现聚变的氘 核。科学家预言，通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决 人类所面临的能源问题。 图22.2-7 中国科学院的环流器 我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究，中国科学院建 造的环流器（tokamak）EAST（图22.2-7）实现了1 000 s 以上的长时间运行，中国工程物理研究院等单位建造了“神光 Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。 与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能属于不可再生能 源。 [过渡] 人类正在探索将聚变从瞬间爆发变为可控释放。联系EAST实现1 000 s以上运行和“神光Ⅲ”装置，注意教材最后指出核能属于不可再生能源。 要点：①可控聚变 ③EAST ③不可再生能源 时长：3分钟 太阳能的直接利用 太阳能 22.2 新能源的发展 13 / 26 太阳照耀着我们的地球，人类除了间接利用储存在化石燃料中的太阳能，还设法直接利用太阳能。随着科学 技术的进步，太阳能等可再生能源逐渐得到较为广泛的应用。目前直接利用太阳能的方式主要有两种，一种 是用集热器把水等物质加热（图22.2-8），另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能（图22.2-9）。 图22.2-8 屋顶的太阳能集热器 图22.2-9 太阳能电池阵列 太阳能 → 内能 太阳能 → 电能 [过渡] 教材列出直接利用太阳能的两种主要方式：集热器加热水等物质，太阳能电池把太阳能转化为电能。 要点：①光热利用 ②光电利用 ③可再生能源 时长：2分钟 集热器与太阳能电池 太阳能 22.2 新能源的发展 14 / 26 图22.2-8 屋顶的太阳能集热器 平板式集热器的箱面是玻璃，内部有涂黑的吸热板 ，可以吸收太阳辐射并将其转化为内能，从而将集 热器管道内的水流加热。 图22.2-9 太阳能电池阵列 太阳能电池具有使用寿命较长的优点。太阳能电池应 用在航空、航天、通信等领域，在日常生活中也用于 电灯、计算器、手表等用电器。 [过渡] 分别观察两幅图，理解涂黑吸热板如何把太阳辐射转化为内能，并列举太阳能电池在航空、航天、通信和日常生活中的应用。 要点：①吸热板 ②内能 ③太阳能电池应用 时长：2分钟 海洋能和风能 可再生能源 22.2 新能源的发展 15 / 26 图22.2-10 壮观的“风车田” 海洋能和风能也是人们可以利用的新能源，它们都可以 用来发电。我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“ 风车田”，场面蔚为壮观（图22.2-10）。 [过渡] 除了太阳能，海洋能和风能也是可用来发电的新能源。[观察] 请学生观察“风车田”图片，说出其能量转化。 要点：①潮汐电站 ②风车田 ③新能源发电 时长：1.5分钟 核电站的安全防护 科学·技术·社会·环境 22.2 新能源的发展 16 / 26 图22.2-11 射线警告标志 核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。核反应堆 内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生射线。如果 射线泄漏到反应堆外面，就会对人和其他生物造成伤害（ 图22.2-11），所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混 凝土壳中。 厚厚的钢筋混凝土壳 [过渡] 核裂变释放能量的同时也会产生射线。因此，核反应堆必须封闭在厚厚的钢筋混凝土壳中。 要点：①射线伤害 ②警告标志 ③屏蔽防护 时长：2分钟 核废料处理与核泄漏 科学·技术·社会·环境 22.2 新能源的发展 17 / 26 核电站一旦发生核泄漏事故（图22.2-12），就可能产生严重的危害 ，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制定了严格 的安全措施和安全标准。核电站使用过的核燃料称为核废料。由于核 废料仍然具有放射性，所以一般将其放入特殊的容器封存后，深埋在 人烟稀少的地方。某些发达国家将核废料运送到其他国家埋放，引起 了广泛的抗议。 图22.2-12 2011年日本福岛核电站因地震 发生核泄漏 安全措施与安全标准 特殊容器封存 · 深埋在人烟稀少的地方 [过渡] 核电安全不只涉及反应堆，还包括核泄漏风险与核废料处理。核废料仍有放射性，需经特殊容器封存后深埋。 要点：①核泄漏 ②安全标准 ③核废料处理 时长：2.5分钟 我国安全有序发展核电 科学·技术·社会·环境 22.2 新能源的发展 18 / 26 在化石能源供应日趋紧张之时，建设核电站是人类解决能源危机的一种可行方案。我国坚持安全有序发展核 电。2021年10月，我国研发的全球首座球床模块式高温气冷堆并网发电，标志着我国成为世界少数几个掌 握第四代核电技术的国家之一。高温气冷堆的安全性进一步提高，在发生异常情况时，可以在不需人为干预 的情况下保持安全状态。2023年12月，我国建设的全球首座第四代核电站正式投入商业运营。迄今，我国 在运核电机组总体安全状况良好。 2021年10月 全球首座球床模块式高温气冷堆并 网发电 2023年12月 全球首座第四代核电站正式投入商 业运营 [过渡] 在化石能源供应日趋紧张的背景下，我国坚持安全有序发展核电。沿时间线阅读2021年10月与2023年12月两个里程碑。 要点：①第四代核电技术 ②高温气冷堆 ③总体安全状况良好 时长：2分钟 课堂小结 能源与可持续发展 22.2 新能源的发展 19 / 26 核能 裂变：链式反应 聚变：热核反应 核能属于不可再生能源 太阳能 集热器：太阳能转化为内能 太阳能电池：太阳能转化为电 能 太阳能属于可再生能源 海洋能与风能 都是人们可以利用的新能源 都可以用来发电 [过渡] 按“核能—太阳能—海洋能与风能”回顾本节结构。[互动] 请学生指出哪些属于可再生能源，并说出一种能量转化。 要点：①裂变与聚变 ②太阳能利用 ③新能源发电 时长：2分钟 练习与应用 1 22.2 新能源的发展 20 / 26 题目 原子、原子核、电子、中子、质子，它们之间有什么关系？哪些是不带电荷的？哪些是带电 荷的？带的是哪种电荷？ 解题指导 原子由原子核和核外电子构成，原子核通常由质子和中子组成。中子不带电；质子带正电, 电子带负电。质子所带电荷量跟电子的电荷量相等。原子整体不显电性。 [过渡] 本题检查原子结构和电荷性质。建议先由学生画出层级关系，再对照答案完整表述。 要点：①组成关系 ②质子正电 ③电子负电 ④中子不带电 时长：2分钟 练习与应用 2 22.2 新能源的发展 21 / 26 题目 原子和原子核的尺寸究竟有多大？研究表明，若把它们都看成球体，原子半径的数量级为10⁻¹⁰ m， 原子核半径的数量级为10⁻¹⁵ m。打个比方，如果原子的大小跟北京奥运会“鸟巢”体 育场一样大，那么原子核该有多大？是相当于篮球、乒乓球，还是绿豆的大小？ 解题指导 原子半径与原子核半径的数量级之比为10⁻¹⁰∶10⁻¹⁵＝10⁵∶1。也就是说，原子的半径约为 原子核半径的10万倍。按同样比例缩放到“鸟巢”体育场大小，原子核只相当于绿豆的大小。 [过渡] 本题用数量级比较原子与原子核的尺度。先计算10⁻¹⁰与10⁻¹⁵的比值，再作类比判断。 要点：①10万倍 ②比例缩放 ③绿豆大小 时长：2分钟 练习与应用 3 22.2 新能源的发展 22 / 26 题目 什么是原子核的聚变？人类对于聚变的应用已经取得的成就是什么？还有什么问题需要解 决？ 解题指导 某些质量很小的原子核，在超高温和高压下结合成新的原子核，同时释放出巨大核能，这就是聚变， 有时也称为热核反应。人类已利用聚变释放的能量制造氢弹；我国的EAST实现了1 000 s以上的长时间运 行，并建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。还需要解决如何实现可控核聚变、如何利用可控核聚变 释放的核能等问题。 [过渡] 本题要同时回答“概念—已有成就—待解决问题”三个层次。答题时注意不要漏掉EAST和“神光Ⅲ”。 要点：①聚变定义 ②氢弹与研究装置 ③可控核聚变 时长：2分钟 练习与应用 4 22.2 新能源的发展 23 / 26 题目 有人说，我们现在开采的煤、石油等化石能源，实际上都来源于上亿年前太阳上的核能。请 你说明这句话的道理。 解题指导 太阳内部的核聚变释放核能，并以光和热的形式辐射到地球。上亿年前的植物把太阳能转化、 储存为化学能；这些生物遗体经过漫长的地质变化形成煤、石油等化石能源。因此，化石能源中储存 的能量可追溯到太阳内部核聚变释放的核能。 [过渡] 本题建立“太阳核聚变—太阳能—生物化学能—化石能源”的能量来源链。引导学生用能量转化观点完整说理。 要点：①太阳核聚变 ②光和热 ③化学能 时长：2分钟 练习与应用 5 22.2 新能源的发展 24 / 26 人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量。太阳能转 化为其他形式能量的方式有三种：一是光热转换，例如用太阳能集热器 把水加热；二是光化转换，把太阳能转化为化学能；三是光电转换，把 太阳能转化为电能。图22.2-13画出了这三种转化的框图。其中椭圆表 示转化的装置或物体，菱形表示由太阳能转化成的另一种能量形式。请 在图中的三个空白处填入相关的文字。 图22.2-13 请先独立完成，再核对下一页答案。 [过渡] 先完整阅读题干和图22.2-13的图例说明。[互动] 请学生判断三个空白分别是装置、物体还是能量形式。 要点：①光热转换 ②光电转换 ③光化转换 时长：2分钟 练习与应用 5： 能量转化 22.2 新能源的发展 25 / 26 太阳能 光热转换 太阳能集热器 内能 光电转换 太阳能电池 电能 光化转换 绿色植物 化学能 [过渡] 核对三条转化路径：集热器对应内能，太阳能电池对应电能，绿色植物对应化学能。让学生说明椭圆与菱形的含义。 要点：①装置/物体 ②能量形式 ③能量转化 时长：2分钟 关注能源发展 践行可持续发展 22.2 新能源的发展 [过渡] 新能源的开发利用与科技进步、能源安全和环境责任紧密相连。[停顿] 以“关注能源发展，践行可持续发展”结束本课。 要点：①能量观念 ②科技进步 ③社会责任 时长：0.5分钟 $