22.2 新能源的发展-课件-2025-2026学年物理人教版九年级全一册

第二十二章能源与可持续发展第2节新能源的发展素养目标4.通过“碳中和”“新能源开发”等STS话题讨论，培养节约能源、保护环境的社会责任感；弘扬科学精神，增强对科技推动社会发展的认同。1.简单了解原子核结构及核能产生原理，知道太阳能由太阳内部核聚变产生，掌握核能的能量转化方式及利用途径，建立“能量守恒与可持续发展”的核心观念。2.学会区分裂变与聚变，解释链式反应的可控与不可控应用，通过分析新能源开发案例，运用比较、归纳等方法评估不同能源的开发与利用。3.能够完成开放性实验（如学会设计太阳能利用装置），自主规划实验步骤、分析数据并优化方案。创设情景，引入新课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？太阳能发电风能发电潮汐能发电地热能发电上海垃圾发电厂生物质能发电（燃烧农作物秸秆、生活垃圾）我国新建的核能发电站，年发电量为520亿度。1.原子模型的建立过程：原子是由什么组成的呢？让我们看看物理学家研究的历史与结论吧！（1）电子的发现十九世纪末（1897年），英国物理学家汤姆生在对阴极射线的研究中发现了带负电的电子，并得出电子是所有物质中原子的组成部分。由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此物理学家推断出原子中还有带正电的物质。核能我们知道，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。（2）原子核的发现——α粒子散射实验英国物理学家卢瑟福在1898年发现了α射线。他用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔时，发现大多数粒子散射角度很小，但有少数α粒子偏角很大。通过对电荷，质量和偏转角度等的运算，1911年提出了原子结构的行星模型。即原子是由原子核和核外电子组成的。（3）原子的“电子云模型”1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出“电子云模型”。该模型中，电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运行没有固定的规律，电子分层排布，接近现代人类对原子结构的认识。2.原子核（1）质子的发现1919年，卢瑟福用速度是20000km/s的α粒子去轰击氮、氟、钾等元素的原子核时，发现在原子核中还存在一种带正电的质量比电子大很多的微粒—质子。（2）中子的发现中子的概念是由英国物理学家卢瑟福提出，中子的存在是1932年英国物理学家詹姆斯·查德威克用镭的α-射线轰击铍原子时的实验中证实的。物理学家在实验中又进一步发现中子的质量与质子相同、但是不带电。3.原子的组成及带电情况原子核外电子（带负电）电子质子（带正电）原子核（带正电）中子（不带电）中子质子原子与原子核的大小比较：形象来说，就是地球和乒乓球的比例，大约一比一千亿。原子核极小，它的直径10-16m～10-14m之间，体积只占原于体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.95％以上原子的质量。原子核的直径约10-15m原子核由质子和中子组成，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，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。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。4.核能①一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②释放核能的方式：核裂变和核聚变。的能量。这种能量就是核能。5.裂变（1）裂变：1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出2至3个中子。新原子核新原子核（2）裂变的能量巨大1kg铀全部裂变，释放的能量相当（3）发生裂变的条件发生裂变的条件是用中子轰击铀核。于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量。（4）链式反应①模拟链式反应将火柴搭成下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？第一根火柴烧完后，会点燃中间的2根火柴，这2根火柴燃烧完后，又会引起右面4根火柴的燃烧，如果按照这个结构继续下去，被点燃的火柴会越来越多……②链式反应视频欣赏——《核裂变和链式反应》（5）原子弹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。我国第一颗原子弹爆炸1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸成功。1967年6月17日上午8时20分，在我国西（6）核电站：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。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。部地区新疆罗布泊上空，我国第一颗氢弹爆炸试验成功。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。①核反应堆核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。华龙一号核反应堆视频欣赏——《核电站的原理》电能，核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。②核电站的工作原理及能量转化核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为（7）聚变①如果将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），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。②氢弹：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。我国的第一颗氢弹爆炸实验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。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6000℃，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……④海水中的核能1升海水所含氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几十亿年。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。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实现了1000s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。中国科学院的环流器太阳能1.太阳的结构如图所示，从内到外依次是太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气。2.太阳能的来源——氢核聚变在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，核心温度高达1500万摄氏度，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。3.太阳能的传递——热辐射太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍。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6000°C，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开去。4.地球上大多数能源来自于太阳能由于化石能源、水能、风能、生物质能等都是来太阳能，所以说太阳是人类能源的宝库。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。人类利用这些能量，实际上都是间接地利用太阳能。5.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一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能。（1）光热转换：①集热器：集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能直接转化为内能。太阳能内能②集热器的原理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转化为内能，从而将集热器管道内的水流加热。③太阳能热电站这种发电站先将太阳能转变成内能，然后再通过机械能装置转变成电能。电站中心有一个集热塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜（也叫定日镜），它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机发电。太阳能热电站集热塔定日镜定日镜追着太阳转，反射阳光，将太阳光反射到固定方向（集热塔），又称定星镜。④动画演示——《太阳能集热发电站》指太阳能直接转化为电能。①光电池（太阳能电池）光电池也叫太阳能电池，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件，直接把太阳光转变成电。光电池的种类很多，常用的有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。（2）光电转换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。②太阳能电池的一些应用③光伏发电光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。（3）光化转换光化转换是指把太阳能转化为化学能，储存在生物质