人教版九年级物理下册 第二十二章《能源与可持续发展》教学设计

第二十二章能源与可持续发展

第1节能源利用的现状和面临的挑战

【知识与技能】

1.通过实例了解有哪些不同形式的能量，知道人类利用能源的历程。

2.常识性了解什么是能源，什么是不可再生能源、可再生能源。什么是一次能源、二次

能源及其各自的特点。

【过程与方法】

通过收集信息、阅读资料、相互交流，判断能源与人类生存和社会发展密切相关的说法

是否正确。

【情感、态度与价值观】

从能源问题到能源科学引发学生的学习兴趣和学习欲望。

一教学重难点

【教学重点】

1.知道哪些能源足不可再生能源、哪些能源是可再生能源。

2.知道哪些能源是一次能源、哪些能源是二次能源。

【教学难点】能源利用面临的挑战。

【教学方法】讨论法、自主探究法。

教学过程

知识点1人类利用能源的历程

【提出问题】我们已经认识了各种形式的能量。生产和生活中利用的这些能量，是通过

哪些能源提供的？

【自主探究】阅读教材“人类利用能源的历程”有关内容，总结人类利用能源的历程。

问答下列问题：（1）钻木取火有什么历史作用？（2）什么是化石能源？（3）电能是几次能源？

【知识总结】

1.钻木取火在人类利用能量的历史上非要重要。从利用自然火到利用人工火的转变，开

启了以柴薪作为主要能源的时代。

2.蒸汽机的发明是人类利用能源的新里程碑。人类从此逐步以机械动力代替人力和奋力，

主要能源由柴薪转向煤，人类进入工业化社会。

3.煤、石油和天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所

以称为化石能源。

4.化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，所以这类能源叫作不可再生能源，

5.水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。

6.可再生能源与不可再生能源都是可以直接从自然界获得的能源，我们称这样的能源为

一次能源。

7.电能的使用开启了人类电气化时代。各种用电器应运而生，将电能转化成各种其他形

式的能量。由于电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能

这样的能源为二次能源。

知识点2能源利用面临的挑战

【提出问题】我们已经知道能最是守恒的，为什么还要节约能源呢？

【自主探究】阅读教材有关“能源利用面临的挑战”，了解其原因。

【知识总结】

1.能量的转化和转移过程具有方向性。如，汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、

地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。

2.能源的利用是有条件的，我们所利用的能源是有限的。如，当今世界的主要能源是化

石能源，而化石能源的储量是有限的。

3.世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近儿十年来，能

源消耗量的增长速度明显加快。如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。

4.在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。例如，化石能源的燃烧，产生了

大量的二氧化碳，加剧了温室效应，此外，燃烧中还会产生二氧化硫、一氧化碳和粉尘等有

害物质，对人和环境造成危害。

5.开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。

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第1节能源利用的现状和面临的挑战

一、人类利用能源的历程

1.钻木取火，柴薪时代。

2.化石能源的利用，蒸汽时代。

3.电的大规模使用，电气化时代.

二、能源利用面临的挑战

I.能量的转化和转移过程是具有方向性的。

2.能源的利用是有条件的，可以直接利用的能源是有限的。

3.人口增加和经济发展，能源消耗量的增长速度加快。

4.消耗大量化石能源，会造成环境污染。

第2节新能源的发展

【知识与技能】

1.了解核能、裂变、链式反应和聚变的有关知识。

2.了解核电站的常识，知道核能的优点和可能带来的问题。

3.了解太阳能、风能和海洋能的利用。

【过程与方法】

1.通过探究学习活动，学习信息处理方法，培养信息处理能力。

2.通过自己学习的过程，培养自学能力。

【情感、态度与价值观】

1.通过本节学习，培养学生了解核能奥秘的兴趣，正确认识核能的价值。

2.通过该节的学习，认识科学技术对人类生活的影响，树立将科学服务于人类的意识。

w教学重难点

【教学重点】知道可控链式反应，区分裂变与聚变。

【教学难点】了解链式反应及发生的条件。

【教学方法】实验法、小组讨论法。

【教学准备】火柴一盒、多媒体课件。

教学过程

知识点1原子结构核能

【提出问题】为了解决利用化石能源带来的问题，人们着手开发新能源。你知道的新能

源有哪些？

【自主探讨】阅读教材有关原子结构的内容，了解原子的结构及核能概念。

教师用多媒体展示原子的结构特点（如图所示）。

【知识总结】

I.分子是由原子构成的。原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量与电子的

电荷量相等，中子不带电。

2.质子的质量大约是电子的质量的1836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，位于原子的中心，电子绕原子核做高速旋转运动。

3.质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，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。

知识点2裂变

【课堂演示】将火柴搭成如图所示的结构，点燃第一根火柴后，观察所发生的情况。

该实验通过点燃一根火柴，使很多火柴不断点燃，类似裂变中的链式反应。

【自主探究】阅读教材有关裂变的内容，理解链式反应。

【知识总结】

1.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。

2.1版铀全部裂变，释放的能显相当于2800/标准煤完全燃烧时释放的能显。

3.不加控制的链式反应，可用来制作原子弹。

4.可控链式反应，应用于核电站。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。（如华龙一号，我国的核能发电技术已居于世界先进地位）

知识点3聚变

【提出问题】什么是聚变，聚变都有哪些应用？

【自主探究】阅读教材有关聚变的内容，了解裂变和聚变的区别。

【知识总结】

1.使某些质量很小的原子核，例如笊核与瓶核，在超高温和高压下结合成新的原子核

氮核，也会释放巨大的核能。这就是聚变（如图所示），有时也称为热核反应。

筑核工）被释放的中子

棒放能量

氢核聚合

中子形成氢核

笊核

2.笊核、旅核都是氢核的一种。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。

3.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。太阳相当于是一个

巨大“核能火炉”，将大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。地球上的光和热，主

要就是来源于太阳。

4.科学家正在枳极地探索着如何实现可控核聚变，如果能实现，将有望彻底解决人类所

面临的能源问题。（如中国科学院建造的环流器次ST实现了1000$以上的长时间运行）

5.核燃料在自然界中也是有限的，核能属于不可再生能源。

知识点4太阳能

【自主探究】阅读教材有关太阳能的内容，了解太阳能的应用。

【知识总结】

1.目前直接利用太配能的方式主要有两种，一种是用集热器把水等物质加热（应用：平

板式集热器），另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能（应用：发电、航天、通信等）。

2.风能和海洋能也是人可以利用的新能源，它们都可以用来发电。

0教学板书|----------

第2节新能源的发展

一、核能

1.原子结构。

2.核能。

3.裂变。

4.聚变。

二、太阳能

1.太阳能的利用：光热转化、光电转化。

2.风能和海洋能。

第3节跨学科实践：为节约能源设计方案

【知识与技能】

1.调查家中能源的使用情况。

2.选取优化对象与确定改进方法。

3.制订与检验设计方案，方案一：为房屋加装保温层。方案二：为家庭用车提出建议。

锻炼学生知识联系实际的能力，培养学生的开拓精神。

【过程与方法】

能够利用所学的知识为节约能源设计方案，并对方案进行评估。

【情感、态度与价值观】

能制订初步的节约能源设计方案，能对方案进行实施与总结。

=教学重难点

【教学重点】根据调查，确定优化对象与确定改进方法。

【教学难点】如何制订与检验设计方案。

）.教学过程

【项目提出】人们在生产生活中都会使用各种能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、

污染环境的问题？想为节能和环保作出贡献，可以先从优化自己家中能源的使用入手，制订

出一个优化家庭能源使用的具体方案。

【项目分析】制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该r解家庭使用能源的具

体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对

方案进行改进。

【项目实施】

i.调查家中能源的使用情况

调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。（可以咨询爸爸或妈妈，统计自己

家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息、）

能源用途采暖做饭生活热水制冷其他电器交通

能源名称天然气电汽油

约70%来自

不可再生能

不可再生能不可再生能

能源类型源，约30%来

源源

自可再生能

源

3000

AWJ?（其中每

1800〃液

年的7月、8

体）（主要是日

消耗量（年）40063（气体）月、9月和1

常上下班使

月、2月为用

用）

电高峰，主要

原因分别是

需要制冷和

制热)

注意，如家庭中使用的纯电动汽车，需要将交通一栏中使用的能源名称，改为“电”，或

可以并入左侧“电”这一栏中。

根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗

量，确定哪些用途的能源消耗比较多。

2.选取优化对象与确定改进方法

(1)根据上表的调查结果，家中的交通汽油能源消耗很高，其次家庭用电消耗量次高，最

低的是天然气。

(2)优化能源的使用的方法不止一种。如是农村有场地的情况下，可以在家中使用太阳能

集热器、太阳能电池板等。另外，上表中的汽油消耗量很高，可以通过使用电动汽车代替传

统燃油汽车来节约能源、减少浪费……你想利用哪些办法？

(3)在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？例如，如果打算用新能源汽车取代家中的

传统燃油车，那么从是否节约能源角度，应该收集哪些证据？怎么分析？从能否满足人们使

用需要的角度，又应该收集哪些证据？怎样分析？

3.制订与检验设计方案

方案■：为房屋加装保温层。夏季空调制冷时可以适当调高空调温度、冬季采暖调低暖

气温度来节约能源，还可以对房屋进行改造(加装保温层)来节约能源。

(1)明确思路。因为热传递会自发发生，要保持房间的温度不变，就得减少房间与外界的

热传递。可以选择保温能力比较强的材料将房间“包裹”起来，以此减少房屋内部与外界的

热量交换。

(2)选取材料。要从材料的热导率、环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等多方面

进行评估。

(3)确定方案。在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。需要确定保温材料的安

装位置、规格尺寸和门窗保温的处理方式等。

(4)制作模型与测试。在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，

通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。选择与实际保温材料热导率相近的材料，

将它安装在“家”中的相应部分。利用“冰袋”检验保温效果。

方案二：为家庭用车提供建议。调查新能源汽车能否代替自己家中的燃油汽车，以减少

能源消耗，并对环境更加有益。

(1)目前市面上的新能源汽车主要有纯电动汽车、插电式混合动力汽车。与传统燃油

汽车相比，新能源汽车更加节能和环保。

(2)与传统燃油汽车相比，新能源汽车基本可以满足城市人们的日常使用需要。当然，有

些农村地区，充电设备不完善，可能影响充电需要。另外，我们北方地区冬天温度低，对电

池电量的影响较大，也应考虑地域限制。

(3)我国的石油高度依赖进口，使用新能源汽车可以减少对石油的依赖，对我国能源安全

具有重大意义。

【展示交流】

I.在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理

作为支撑。

2.归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。请估算，家庭按照设计方案优化能源使

用，每年会节约多少能源？

【例题解析】得益于我国新能源汽车的发展，2023年我国已经成为世界第一大汽车出

口国。小金爸爸最近想买一辆新车，在买纯电车还是燃油车的问题上很纠结，于是小金查阅

了一些资料，从能量转化和成本等方面作了一些分析。已知燃油车每百公里耗油8升，油价

7.5元/升，纯电车每百公旦耗电23千瓦时，电价以1元/千瓦时计量。假设两种类型的车在

行驶时每百公里克服摩擦力做的功均为6.9X107J,汽油的热值q=4.6X107J/kg,汽油的密

度为0.72X103依加,通过计算回答：

(1)从能量转化效率考虑，燃油车和纯电车分别转化为机械能的效率哪个高？请通过计算

说明。

(2)从经济效益考虑，每行驶1万公里，使用纯电车比使用燃油车能节省多少钱？

(3)纯电车的