21.2 跨学科：能源的开发与利用（教学课件）-2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦能源的开发与利用，涵盖能源分类、利用历程、环境影响、核能及新能源开发等核心知识点。课堂导入从生活生产能源需求切入，通过提问人类能源利用阶段及能源优缺点，搭建生活现象到学科知识的学习支架，引导学生逐步掌握可再生与不可再生能源区分、能量转化等内容。 其亮点在于以核心素养为导向，通过对比化石能源与新能源优缺点培养科学思维，结合中国环流器可控核聚变研究等案例渗透科学态度与责任，课堂练习紧扣物理观念（如可再生能源判断）。跨学科整合与案例教学帮助学生树立节能意识，也为教师提供系统的教学框架，提升教学效率。

第二十一章 能源、材料和可持续发展 第二节 跨学科：能源的开发与利用 目录 01 新课导入与核心素养 03 课堂练习 02 新课讲解 04 课后小结 新课导入与核心素养 第一部分 01.新课导入 生活生产中各方面都需要能量，这些能量是通过不同的能源提供的，各种能源的利用，极大促进了人类文明的发展。 那么在人类历史上，对能源的开发和利用经历了哪些阶段？各种能源都有什么优缺点？ 01.核心素养 能够区分可再生能源与不可再生能源，了解常规能源与新能源的种类，掌握各类能源利用过程中的能量转化形式。 【物理观念】 【科学思维】 【科学探究】 【科学态度与责任】 能对比化石能源、太阳能、核能、风能等能源的优缺点，结合能量转化规律分析能源利用效率，建立节能与可持续发展的辩证思维。 通过资料调研、案例对比、数据分析，探究不同能源的开发方式、利用场景以及对环境的影响，归纳能源发展趋势。 认识传统能源的污染问题与能源危机，了解新能源对绿色发展的意义，树立节约能源、低碳环保、可持续发展的社会责任意识。 01.教学重难点 1. 能源的分类及常见能源的特点； 2. 太阳能、核能等新能源的利用方式与能量转化。 教学重点 教学难点 1. 辨析各类能源的属性与适用场景； 2. 结合物理原理评价能源利用的优劣与发展前景。 新课讲解 第二部分 02.新课讲解 知识点一、人类对能源的利用 不可再生能源 可再生能源 煤、石油、天然气和铀矿等，一旦消耗就很难再生的能源。 太阳能、风能、水能及生物质能等，可长期提供或可再生的能源。 1. 自然界中的能源 02.新课讲解 2.能源利用的历程 02.新课讲解 3. 能源开发带来的环境污染 能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。 清理漂浮的石油 废气笼罩的城市 02.新课讲解 你能根据图中内容总结化石燃料燃烧对环境的危害吗？ 02.新课讲解 化石燃料燃烧 CO2 SO2 CO 炉渣固体 余热 温室效应加剧，导致全球变暖 污染空气 NO、NO2 形成酸雨 溶于雨水 污染土壤、水源 污染水源，导致生物死亡 酸雨可以毁坏建筑 02.新课讲解 如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球？ 1.提高燃料质量 2.改进使用技术 如大力开展煤改电工程项目，把以煤炭为燃料的传统锅炉更换成电锅炉；使用清洁能源等。 改进汽车发动机的燃烧方式，使用催化净化装置，加大尾气检测力度；推广使用电动汽车等。 3.开发和利用核能成为人类获取能量的一个新途径 02.新课讲解 知识点二、开发核能与重视核安全 1.核能 (1) 原子核中的质子、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，这就是核能。 02.新课讲解 (2) 释放核能的两种方式：核裂变和核聚变。 定义 示意图 应用 核裂变 较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应 原子弹和核电站的核反应堆就是利用该反应释放核能的 核聚变 较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应 氢弹就是根据这个原理制造的一种威力比原子弹更大的核武器 02.新课讲解 2.链式反应 用中子轰击铀 235 原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放 出大量核能，这就是裂变中的链式 反应，如图1所示。 02.新课讲解 3.核电站 (1) 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。核反应堆是原子核发生链式反应的场所，是核电站的核心设备。 02.新课讲解 (2) 核能发电的利弊 ①由于核电不会排放二氧化碳，因此不会造成空气污染； ②核电消耗较少的核燃料就能产生巨大的电能，发电成本低； ③核电站建厂投入成本巨大； ④核电站使用的核燃料及产生的废料具有放射性，必须慎重处理； ⑤一旦发生核泄漏，造成的污染和危害特别大。 02.新课讲解 4.可控核聚变 (1) 认识 可控核聚变是指通过人工控制条件，使轻原子核 (如氘、氚)在超高温高压环境下发生核聚变反应，释放巨大能量并实现持续稳定输出的技术。 (2) 发展 其核心目标是模拟太阳内部的核聚变过程，为人类提供清洁、安全、近乎无限的能源。 中国环流器(如HL-2M、EAST)是我国可控核聚变研究的“国之重器”，通过持续技术创新，已在高参数等离子体运行、超导磁体、材料国产化等领域实现国际领先。未来，随着 ITER的成功运行和我国聚变工程示范堆(CFETR)的建设，中国环流器将为“人造太阳”的商业化应用奠定坚实基础，助力人类实现“取之不尽、用之清洁”的聚变能源梦想。 02.新课讲解 方法点拨 核能的两种获取方式的对比 : 核裂变 核聚变 定义 质量较大的原子核分裂为较小的原子核的过程 质量较小的原子核结合成较大的原子核的过程 条件 中子轰击质量较大的原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 应用 原子弹、核电站 氢弹 02.新课讲解 新能源的开发和利用都有积极和消极的因素，仔细阅读下面的表格，并将其补充完整。 能源 能源利用的积极因素和消极因素 积极因素 消极因素 太阳能 _______、分布广、无污染 密度低、不稳定、投资成本高 核能 __________、发电效率高、无温室气体排放 核废料处理难、有核泄漏风险 潮汐能 可再生、无污染、稳定 位置受限、影响海洋生态 风能 可再生、_______ 风多变，风场需要大片土地 能量大 能量密度大 无污染 知识点三、开发新能源 02.新课讲解 1.太阳能 (1)太阳能的优点 ①太阳能的“储量”巨大，取之不尽，用之不竭； ②太阳能分布广阔，不需要运输，投入小，收益大； ③太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来污染； ④使用方便、安全； ⑤可以节约化石能源，缓解人类能源危。 (2)太阳能的直接利用 ①把太阳能转化为内能 ②把太阳能转化为电能 太阳能热水器 太阳能路灯 02.新课讲解 2.风能 风能是指空气高速流动的能量。风具有很大的能量。这种能量可以给人类带来极大的破坏，如拔起大树，吹倒房屋，但我们也可以利用风能为人类服务。 人们很早就学会了利用风能行船、抽水、磨谷…… 风能还可以用来发电。 新疆达坂城的风力发电场 02.新课讲解 3.地热能 地球内部热量透过岩层向外释放，这种“大地热流”产生的能量称为地热能。目前世界上已有近二百座地热电站投入运行。 地热能在地球上的蕴藏量非常丰富，可供人类消耗几百亿年，是清洁能源。 地热能发电厂 02.新课讲解 4.潮汐能 潮汐是由于月球、太阳对地球的引力作用而产生的。 潮汐能可用于发电，且成本低，污染少，是一种很有发展潜力的新能源。在潮汐能较大的地方修建潮汐电站，当涨潮和落潮时，水流推动水轮机转动发电。如图是一种利用潮汐能发电的示意图。 02.新课讲解 落潮时，海水奔腾而去，水位陆续下降，水库的水流从导流孔流向大海，推动水轮机再次转动，水轮机又一次带动发电机发电。 涨潮时，海水汹涌而来，潮水从导流孔流入水库的同时推动水轮机转动，水轮机带动发电机发电。随着潮水的不断涌入，水库水位逐渐上涨，储存着能量。 课堂练习 第三部分 03.课堂练习 1．能源是人类文明进步的基础和动力，能源问题和我们每个人都息息相关。下列属于可再生能源的是(      ) A.天然气 B.太阳能 C.煤 D.石油 B 解析：太阳能可以从自然界源源不断得到补充，属于可再生能源；煤、石油、天然气短期内不能够从自然界源源不断得到补充，属于不可再生能源。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 03.课堂练习 2．我国科学家在可控核聚变研究中取得重大突破，核聚变的原料涉及多种微观粒子。下列参与核聚变反应的粒子中，带正电的是(      ) A.电子 B.中子 C.质子 D.原子 C 解析：原子是由原子核与核外电子组成，原子核由中子和质子组成，电子带负电，质子带正电，中子不带电，故原子核带正电，而原子呈电中性，即不带电，故C符合题意，故ABD不符合题意。故选C。 03.课堂练习 3．2025年5月，被称为“新一代人造太阳”的“中国环流三号”托卡马克装置在四川绵阳实现百万安培亿度H模，如图所示。其产生能量的原理与太阳发光发热的原理一样，是我国自主研发的可控__________（选填“核聚变”或“核裂变”）大科学装置。 核聚变 解析：太阳放出的能量是通过核聚变得到的，“新一代人造太阳”的能量产生原理与太阳发光发热相似，所以人造太阳是通过核聚变释放巨大能量。 课后小结 第四部分 04.课后小结 能源与环境 开发新能源 能源的开发与利用 能源的分类 核能与核安全 不可再生能源 可再生能源 太阳能、风能、 地热能等 感谢观看 THANKS $