粤沪版九年级物理下册 （开发新能源）能源与能量守恒定律 教学课件

沪粤版九年级下册第二十章能源与能量守恒定律开发新能源

【复习】能源是现代社会发展的基础，人类对能源的需求量逐年增长，目前国际上的能源结构主要以化石能源为主，占总能源利用量的90%以上。导入新课【思考】化石能源具有什么特点，什么样的能源结构才能符合可持续发展的要求？化石能源属于不可再生能源，而且在使用时常常伴随环境的污染，不符合可持续发展的要求。为了缓解能源危机，需要开发新型、可再生的清洁能源。【复习】上节课学习的新能源有哪些？它们有什么特征？常见的新能源有太阳能、核能、风能、水能、地热能、海洋能等。其中除了核能外，其余都是可再生能源。新课学习太阳能-永恒的动力之源太阳辐射的总功率为3.8×1023KW，辐射至地球的功率为1.7×1014KW。远远高于全球每年的发电量。太阳辐射能量【思考】太阳能作为清洁能源是取之不尽用之不竭的。太阳能的在地球上的利用途径是什么？太阳能在地球上一般经过四种途径利用。1.植物、微生物的吸收光合作用是自然界进行能量转化的重要途径，植物吸收太阳能量，并将其转化为化学能。然后转化为薪柴和化石能源。光合作用2.大气、水分升腾循环大气和水分的升腾循环提供了风能、水能等能源。从而为风能和水能的利用提供可能。水分升腾循环3.海洋吸收海洋吸收太阳能，转化为海洋的内能。提供了波浪、海流和温差。海洋产生的波浪4.人类直接利用人类直接利用太阳能包括光热转换和光电转换，比如太阳能热水器和太阳能电池。太阳能电池板活动：怎样直接利用太阳能？太阳能的利用实质为将太阳能转化为其它能量。太阳能电池将太阳能转化为电能太阳能热水器将太阳能转化为内能（光热转换）太阳能转化为氢能，为汽车提供动力【思考】太阳能利用的优缺点是什么？优点：能量来源充足，取之不尽用之不竭；清洁无污染；能量获取方便。缺点：受季节、地理环境、气候依赖性大；能量转换效率低。【巩固练习】例1市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子，在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意．该装置的能量转化情况是（）A．机械能→太阳能→电能B．太阳能→机械能→电能C．电能→太阳能→机械能D．太阳能→电能→机械能解析：帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作．小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能．故选D．D核能-造福人类的神火【思考】原子核内蕴含着巨大的能量，怎样利用这些能量呢？原子核内的能量利用主要有核裂变和核聚变。核裂变—链式反应核裂变是一种链式反应，它将较重的原子核裂变为较轻的原子核。通过中子轰击铀235，使其发生裂变。1kg铀提供的能量相当于2700t煤炭的能量。链式反应视频【思考】核裂变的原理是什么？利用中子轰击铀核，可以将铀核分裂，同时释放出2-3个中子，释放的中子可以轰击另一个铀核，这样就组成了链式反应核裂变的链式反应图解【思考】核裂变的能量如何利用？链式反应产生的能量密度非常高，不加以控制就会产生爆炸，原子弹就是这样制造的。在实际利用时，控制中子的产生数量和速率，可以控制核裂变的速率，从而利用核能。原子弹核电站核电站原理视频核电站发电原理：铀235进行链式反应放出大量的热，冷却水吸收热量后产生大量水蒸气，水蒸气推动蒸汽轮机转动，蒸汽轮机又带动发电机发电。核电站发电过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。核聚变—热核反应质量较轻的氘原子核和氚原子核在吸收巨大能量的同时，变为质量较大的原子核，释放出更大的能量。这种巨大的能量来源于超高温，所以核聚变又称为热核反应。核聚变方程太阳本身就是核聚变核聚变的能量密度更高，1L海水中具有0.03g氘原子，对应300L汽油的能量。受控核聚变是利用核聚变能量的关键，目前人类无法控制核聚变，对核聚变的利用主要为核爆炸。氢弹爆炸我国的核电站分布国家能源局1月14日公布的数据显示：截至2012年底，全国发电装机容量达到11.44亿千瓦，其中核电1257万千瓦，占全国总装机容量的1.10%。【思考】核能在利用时有什么优劣呢？核能的优点在于能量密度高；不释放有毒气体；铀储量丰富；成本低等。缺点在于核电厂容易产生放射性物质，对设备要求高；目前能量利用率较低。【巩固练习】例2下列属于链式反应的是（）A．原子弹爆炸B．氢弹爆炸C．镁条的燃烧D．太阳内部发生的核反应解析：链式反应是重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去的反应过程，链式反应发生在核裂变时，故A正确；氢弹爆炸是利用核聚变；太阳内部是由于较轻的氢原子核在高温下发生聚变释放能量；镁条的燃烧是一种化学变化，BCD不合题意．故选A．A其它新能源风力发电机海洋能氢能风能、海洋能和氢能都是具有很大应用前景的清洁能源。风能是空气流动产生的动能，来自于太阳能的转化。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。风能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐能、波浪能、温差能、盐差能、海流能等形式存在于海洋之中。潮汐能指在涨潮和落潮过程中产生的势能，潮汐能主要用于发电；浪能指蕴藏在海面波浪中的动能和势能，浪能主要用于发电；海水温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温差的热能，温差能的主要利用方式为发电。海洋能氢能利用图示氢气的能量密度大，利用太阳能分解水制备氢气，储存后利用氢氧燃料电池发电，为汽车等设备提供动力，氢能利用产物只有水，为典型的洁净能源。氢能1.下列说法中正确的是（）A．原子核在常温下就能发生轻核的聚变B．太阳的能量来自大量的氖核的裂变C．核电站内的核反应堆是可控制的铀核裂变D．煤、石油、天然气都属于可再生能源课堂练习C课堂练习C2.以下属于相对清洁、又取之不尽的能源是（）A．煤B．核能C．太阳能D．天然气B课堂练习3.关于核反应，下列说法正确的是（）A．只有裂变才能释放出核能B．原子弹爆炸时发生的链式反应是不加控制的C．核反应堆中发生的链式反应是不可以控制的D．氢弹爆炸是利用裂变释放出核能课堂小结我们都学了什么？课堂小结20.2开发新能源1．太阳能—永恒的动力之源太阳能的利用途径通常为能量转换的方式，包括向内能、电能和化学能的转换。太阳能热水器利用太阳能将水加热，能量转化为水的内能；太阳能电池利用太阳光转化为电能；太阳能汽车利用太阳光制备氢气，再用氢能提供汽车动力。2．核能——造福人类的神火核能的释放途径为核聚变和核裂变。核裂变是一种链式反应，它将较重的原子核裂变为较轻的原子核。利用中子轰击铀核，可以将铀核分裂，同时释放出2-3个中子，释放的中子可以轰击另一个铀核，这样就组成了链式反应。核聚变是核能利用的又一大重要方式。质量较轻的氘原子核和氚原子核在吸收巨大能量的同时，变为质量较大的原子核，释放出更大的能量。这种巨大的能量来源于超高温，所以核聚变又称为热核反应。第二十章能源与能量守恒定律20.2开发新能源沪粤版物理九年级下册

学习目标1．知道能源与人类社会密切相关，但需要不断开发和利用新能源以解决能源的供需矛盾和环境问题。2．知道太阳能和核能是两种新能源。3．了解直接利用太阳能的两种途径。4．了解裂变、聚变，知道原子弹、氢弹的制造原理，知道核反应堆的作用，以及核电站的原理和作用。目前，世界能源消耗中90%以上是不可再生能源，不可再生能源到本世纪末，除煤炭外都将开采殆尽，“能源危机”之说绝不是危言耸听！为应对日益逼近的能源危机，世界各国越来越重视能源的开发和节能，并在努力开发包括太阳能和核能在内的新能源。导入新知1知识点太阳能一、太阳能——永恒的动力之源太阳是一个巨大的能源,它送到地球的光功率达1.7×1014kW。现在全社会的总能耗约1.3×1010kW，全世界发电装机容量不到4×109kW，地球上所有石油资源相应的能量，只相当于太阳一天半时间内供应给地球的光能。况且太阳的寿命至少是50亿年，对人类而言，太阳能是取之不尽用之不竭的。合作探究地球吸收、利用太阳能的四种渠道1.被植物、微生物吸收太阳能生物能光合作用2.使大气、水升腾循环太阳能→机械能3.被海洋吸收太阳能→内能4.直接利用活动：怎样直接利用太阳能(1)太阳能→内能(2)太阳能→电能太阳能发电站(3)太阳能→化学能太阳能小汽车每年太阳辐射到我国960万平方公里土地上的能量，相当于1.7万亿吨标准煤。太阳能电池薄膜太阳能电池太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。应用：人造卫星、太空望远镜、太空站等电力的来源。航天器上的太阳能电板太阳能的优点和缺点1.太阳能的优点：①十分巨大；②供应时间长久；③分布广阔，获取方便；④安全、清洁、无污染。2.太阳能的缺点：①太分散；②受季节、天气和地理环境影响较大；③能量转换效率低。【例1】太阳能是优先开发的新能源之一。关于太阳能的利用，下列说法错误的是()C（1）太阳能和其他能的转化（2）采用从一般到特殊的思维方法可由分析一般实例中能量转化的方法，来分析太阳能利用过程中的能量转化。即看转化前消耗了什么形式的能量，转化后得到了什么形式的能量，最后得出结论。新知小结下列关于太阳能的各种说法中，不正确的是(

)A．太阳能是一次能源且属于可再生能源B．太阳是远古就存在的，所以它并不是新能源C．太阳能是一种无污染的清洁能源D．太阳能分布广阔，几乎是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源1B巩固新知利用太阳能的方式之一是用太阳能电池把________能转化成________能；另一种方式是用集热器加热。从改变物体内能的途径来看，太阳能热水器是通过________来增加水的内能，一台太阳能热水器储有300kg的水，若水温从20℃升到70℃，这些水吸收了________J热量。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]2太阳电热传递6.3×1072知识点核能二、核能—造福人类的“神火”（一）核能概念：原子核内部蕴藏的巨大能量，叫做原子核能，简称核能。原子核是可以改变的，而且在有些改变过程中会释放出巨大的能量。（二）释放核能的方式：1.重原子核的裂变（重核裂变）2.轻原子核的聚变（轻核聚变）合作探究核裂变——较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应，裂变时会释放出巨大的能量。链式反应示意图1.核裂变——链式反应不加控制的核裂变反应——原子弹爆炸我国第一颗原子弹爆炸时形成的蘑菇云核能的和平利用――核电站如果控制链式反应的速度，使核能缓慢的平稳的释放出来，就能和平利用核能了。能缓慢、平稳地释放核能的装置叫核反应堆。核电站工作流程示意图反应堆放出的核能转化为高温蒸汽的内能，再通过汽轮发电机转化为电能。核能→内能→机械能→电能

秦山一期核电站大亚湾核电站核电的优势（1）核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质,因此核能发电不会造成空气污染,不会产生加重地球温室效应的二氧化碳；（2）核能发电所使用的是铀燃料，而全球铀的蕴藏量相当丰富；（3）核燃料能量密度比化石燃料高几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送；（4）核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本受国际经济情势影响较小。核电的缺点：（1）核能电厂会产生放射性废料，虽然所占体积不大，但因具有放射性，故必须慎重处理，且需面对较大的政治困扰；（2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重；（3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高；（4）核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果设计不合理或操作不当而造成核泄漏事故，会对生态及民众造成伤害甚至严重伤害。核聚变——在超高温的条件下，将两种质量较轻的原子核（如氘和氚），聚合成一个较重的原子核的一种核反应，又称热核反应。核聚变的威力更大。温度和压强越高，热核反应进行的速度越快。目前人类还未掌握人工控制核聚变反应速度的方法，因此，还不能和平的利用核聚变。我国和世界各国都在致力于受控热核反应的研究，我国的研究成果已位于世界前列，位于我省合肥市的科学分院研制的“人造小太阳”——托卡马克装置就是成果之一。2.核聚变——热核反应太阳能是来自于太阳内部的核聚变，也是大自然中自然存在的唯一核聚变。人工核聚变的应用——核爆炸——氢弹1967年，我国爆炸的第一颗氢弹【例2】下列说法正确的是()A.核能是指原子核发生变化时所释放的能量B.核废料可以像普通垃圾一样处理C.原子弹和氢弹都是利用核裂变D.目前核电站获得核能的途径是核聚变A自然界的事物都具有两面性，例如核能的利用既有有利的一面，同时也存在不利之处。核能使用时存在的缺点有：（1）核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害。（2）核反应堆中会产生核废料，在处理核废料过程中，代价较高。新知小结【中考·绵阳】目前世界上很多国家把核能发电当成解决能源危机的主要措施。下列关于核能的认识，正确的是(

)A．核能是可再生能源B．当前核能发电是利用原子核裂变释放的核能C．当前核能发电是利用原子核聚变或裂变释放的核能D．当前核能发电释放核能的过程与原子弹爆炸释放核能的过程相同1B巩固新知【中考·河北】如图是核电站工作情况的方框图，请在空白方框内填写装置的种类并回答下列问题。(1)核能是________(填“可再生”或“不可再生”)能源。(2)在汽轮机中，将蒸汽的内能转化为轮片的___________能。2不可再生机械(或动)发电机3知识点其他新能源你还知道有哪些新能源？1.水能2.风能3.海洋能4.地热能5.氢能6.生物质能7.可燃冰合作探究风能氢能沼气潮汐可燃冰地热1.水能发电我国是一个水电资源十分丰富的国家之一。但具有资源分布不均衡，开发程度不高的特点。目前，我国的水电装机容量及发电量均居世界第一位。2014年，我国水电的装机容量达3亿千瓦，水电占供电总量的23%。根据《能源发展战略行动计划（2014——2020年）》的要求，2020年，我国水电装机将达3.5亿千瓦。风具有很大的能量。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。郑和下西洋2.风能发电我国陆地和海上风电的潜在开发量分别为23.8亿千瓦和2亿千瓦。目前，我国已成世界第一风电大国，全国风电并网装机容量已达1亿千瓦，提前1年实现了到2015年我国风电装机规模达1亿千瓦的目标。计划到2020年，我国风电装机规模将达2亿千瓦。3.海洋能海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能。海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的吸引力以及地球的自转，会引起海水周期性地作有节奏的垂直涨落的现象。潮汐发电原理：利用涨潮退潮的水位差来发电。潮汐的形成浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。4.地热能冰岛地热西藏羊八井地热电站，是我国最大的地热电站5.氢能你认为氢能有哪些优点？你认为目前不能大量使用氢能的原因是什么？

带着下列问题，到图书馆或上网查资料回答。6.生物质能生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物物质中的能量形式，即以生物物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，通过一定的技术转化可为常态的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能源主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。7.可燃冰可燃冰是一种天然气水合物的俗称，这种物质在低温和40多个大气压下才是稳定的。可燃冰到达水面可以立即融化，同时成分中的甲烷开始燃烧。每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。可燃冰分布广，资源丰富，据计算这种未来的能源可供人类使用上千年。可燃冰杂质少，无污染。可燃冰虽好，但开采不易。未来的理想能源必须满足的条件：第一，必须足够丰富，可以保证长期使用；第二，必须足够便宜，可以保证多数人用得起；第三，相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；第四，必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影

响环境。地热是蕴藏在地球内部的天然绿色能源，举世闻名的西藏羊八井热电站，就是利用深层地热发电。它将________能转化为________能，其中________是可再生能源，使用该能源的优点是__________________。1内地热能污染小电巩固新知1知识小结能源太阳能核能新能源归纳新知1.太阳能：目前人们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；另一种是用太阳

能电池将太阳能转化为电能。2.核电站和原子弹是利用核裂变来工作的，核电站控

制核裂变的反应速度，原子弹不控制核裂变的反应

速度。氢弹是利用核聚变来工作的。3.核电站中发生的能量转化：

核能→内能→机械能→电能。【中考·黔东南】2014年是我国第一颗原子弹爆炸成功50周年，目前核能已经被广泛和平利用，核电站只需要消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能，核反应堆中的核燃料是________(填“可”或“不可”)再生能源，在核潜艇中是利用核________(填“聚”或“裂”)变产生的能量。2易错小结不可裂易错点：不能正确理解核能的分类在直接利用太阳能的技术中，你最感兴趣的是哪一种？理由是什么？在核电站中，从核能到电能，中间经过了哪些形式的能量转化？1答案略2解：中间经过的能量转化形式为内能、机械能。课堂练习太阳能辐射到地球表面的平均功率为1.7×1014kW，试计算太阳每1h辐射到地球上的总能量是多少？这些能量相当于多少吨无烟煤完全燃烧所放出的能量？（无烟煤的热值为3.4×107J/kg)3解：根据W＝Pt，得太阳每小时辐射到地球上的总能量W＝Pt＝1.7×1014kW×1h＝1.7×1017W×3600s＝6.12×1020J。依Q＝qm得，需要无烟煤的质量m＝＝Q/q＝W/q＝1.8×1013kg＝1.8×1010t，即相当于1.8×1010t无烟煤完全燃烧所放出的能量。你认为太阳能、核能、风能、海洋能等新能源中，哪些最可能成为人类未来的理想能源？4解：风能最有可能成为人类未来的理想能源。原因是风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源。利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环境效益和生态效益良好。(答案不唯一)【中考·泉州】如图所示为一种新型的“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。白天工作时，光电池板将________转化为电能；晚上工作时，蓄电池放电，将________转化为电能供照明灯使用。5太阳能化学能核电池是一种通过换能器将核能最终转化成________能的装置，具有体积小、重量轻、寿命长等特点。请列举一个将来有可能利用核电池供电的产品：____________。核能在军事上也有运用，世界上有少数几个国家已经掌握了制造原子弹、氢弹的技术，其中________弹威力更大。原子弹在爆炸时有________________，而且爆炸遗留物由于具有__________，在很长一段时间内还会危及人类生命安全。6电电动车7氢巨大的破坏性放射性如图所示，为了形象地描述核能的获得，两位同学分别画了一张利用核能途径的原理图。图甲表示的是________；图乙表示的是________，其中________(填“甲”或“乙”)图展示的是制造氢弹的原理。8核裂变核聚变乙1．如图是利用太阳能的三种主要方式，下列实例中属于光热转换的是(

)A．太阳能热水器B．太阳能电池C．绿色植物的生长D．太阳能汽车A点拨：太阳能热水器是光热转换；太阳能电池和太阳能汽车是光电转换；绿色植物的生长是光化转换。课后练习2.如利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。日前，记者从某市能源局了解到，2015年通过“万家屋顶光伏发电示范工程”，有181户家庭安装了屋顶光伏电站。我国多地市启动了“光伏工程”示范项目，在某单位的楼顶安装了总功率为30kW的光伏发电系统。(1)光伏发电系统发电时，________能转化为________能。太阳电(2)一天的有效光照时间按8h计算，此单位光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？(3)此单位光伏发电系统一天的发电量，如果由热电转换效率为30%的热电厂来完成，需要燃烧多少千克煤？(煤的热值q煤＝3.0×107J/kg)(4)你一定很关注“雾霾天气”的报道，请结合所了解的知识，谈谈国家对家庭光伏发电补贴的好处。(至少谈两点)解：(2)此单位光伏发电系统一天的发电量为W＝Pt＝30kW×8h＝240kW·h；(3)W＝240kW·h＝240×3.6×106J＝8.64×108J；燃烧煤放出的热量：Q＝

＝2.88×109J；燃烧煤的质量：