物理能源与可持续发展 课件-2025-2026学年苏科版物理九年级下册

第十八章能源与可持续发展第四节能源与可持续发展预习清单

1.大量事实表明,任何机械或装置都可看成是＿＿＿＿＿＿＿,输入的能量只有一部分转化为＿＿＿＿＿＿,还有一部分在转化过程中＿＿＿＿＿。

2.由于转化过程中＿＿＿＿＿不可避免,所以任何机械或装置的能量转换效率都不可能达到＿＿＿＿。损失掉了有用的能量能量损失能量转换器100%预习清单

3.能量转换装置的效率的计算公式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

4.“碳达峰”是指＿＿＿＿＿年排放的总量在某一个时期达到＿＿＿＿＿＿,之后逐步降低。“碳中和”是指在一定时期内,通过＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿等方式抵消人为产生的＿＿＿＿＿。植树造林二氧化碳历史最高值节能减排

效率=二氧化碳课程导入我国光伏产业今年的全球装机占比已突破80%,每3块太阳能板就有2块来自中国;海上风电单机容量突破20兆瓦,相当于每秒能为200户家庭供电。课程导入看到这些成果,大家有没有想过,为什么我国要投入这么多力量研发新能源?这些新型能源和传统的煤炭、石油相比,有哪些改变人类未来的优势?而我们又该如何让这些清洁能量真正服务于可持续发展?带着这些问题,今天我们就来学习“能源与可持续发展”。任务一：能量转化的效率利用滑轮组提升重物的过程中,能量是如何转化的?

利用滑轮组提升重物的过程中,输入的能量来源于人的化学能,输出的能量是重物及动滑轮被提升后获得的机械能和此过程中因摩擦而产生的内能。任务一：能量转化的效率利用热机做功的燃油汽车在路上行驶的过程中,能量是如何转化的?

利用热机做功的燃油汽车,输入的能量是燃油的化学能,输出的能量是燃油汽车的动能、声能和内能等。任务一：能量转化的效率节能灯发光的过程中,能量是如何转化的?

节能灯发光的过程中,输入的是电能,输出的是光能和内能。任务一：能量转化的效率

大量事实表明,任何机械或装置都可看成是能量转换器,输入的能量只有一部分转化为有用的能量,还有一部分在转化过程中损失掉了。任务一：能量转化的效率例如,某小轿车正常工作时的能量转化情况如图甲所示,某白炽灯正常工作时的能量转化情况如图乙所示。甲乙任务一：能量转化的效率

任务一：能量转化的效率

任务一：能量转化的效率

【学生活动1】不同光源能量转化效率的对比分析

1.活动器材额定功率都为100W的白炽灯和节能灯(均标有参数)、温度计、黑纸盒(顶部留小孔)、秒表、遮光布(用于营造较暗环境以便观察亮度)等。任务一：能量转化的效率数据记录表:

2.活动步骤

(1)进行小组分工,1人负责操作开关并用秒表计时,1人负责读取温度计的示数,1人负责记录数据,1人负责观察灯泡的亮度。任务一：能量转化的效率

(2)将一个黑纸盒放置在水平桌面上,用遮光布围出简易暗箱,把白炽灯安装在灯座上再放入黑纸盒内,将温度计从黑纸盒顶部的小孔伸入,保持灯泡与温度计玻璃泡的距离为5cm且不接触任何物体,静置2min后记录初始温度t1(精确到0.1℃)。同理,将节能灯放置到另一个黑纸盒内,进行相同操作并记录数据。任务一：能量转化的效率

(3)闭合开关同时启动秒表开始计时,保持暗箱环境,认真观察节能灯和白炽灯灯泡的亮度变化并简要记录(如“刺眼亮”“明亮”“较暗”等),发光1min时立即断开开关并停止计时,迅速读取此时温度计的示数t2,计算温度变化Δt=t2-t1

并记录在表格中。任务一：能量转化的效率

(4)结合教材中的数据(一盏100W的节能灯正常工作1s产生的光能约为32J,一盏100W的白炽灯正常工作1s产生的光能约为10J,其他的电能都转化成了内能)进行计算:

1min内光源消耗的总电能W总

=Pt=100W×60s=6000J,节能灯转化的光能W1=32J/s×60s=1920J,白炽灯转化的光能W2=10J/s×60s=600J,比较两种灯泡转化的内能(可以近似用温度变化反映,Δt越大则转化的内能越多)。任务一：能量转化的效率为什么节能灯发光更亮但盒内温度更低?

消耗相同电能的情况下,节能灯转化为可见光的能量远多于白炽灯,因此视觉上更亮。消耗相同电能的情况下,节能灯转化为“热能”的能量远少于白炽灯,因此其外壳、灯座(或盒内)的温度自然更低。任务一：能量转化的效率对比两者的能量转化效率,说明用节能灯取代白炽灯的原因。

白炽灯的核心问题是“能量转化效率极低”,其“以热换光”的模式既浪费电能、增加成本,又无法满足现代生活对“节能、长寿、多场景适配”的需求;而节能灯通过革新发光原理(摆脱高温依赖),实现了“高效率、长寿命、高环保性”的全面突破,完美匹配了个人用户“降成本”、社会“减能耗”、环境“少污染”的多重需求。任务一：能量转化的效率列举生活中其他“高效节能”的电器实例。有变频空调、节能冰箱、智能洗衣机、高效能洗碗机等。①变频空调通过变频器控制和调整压缩机的转速,可根据室内温度自动调控制冷时间,相比常规空调,节电率提高了30%到40%,制冷效果好且噪声小。任务一：能量转化的效率

②节能冰箱采用箱体整体折弯技术,密封性好,能有效防止水汽进入,采用温度自动感应技术,可自动控温,降低能耗。③智能洗衣机可以通过传感器感知衣物的重量、材质和脏污程度等信息,然后自动选择最适合的洗涤模式和用水量,实现精准洗涤,提高洗涤效率的同时降低能耗。④高效能洗碗机采用先进的洗涤技术和节能设计,能够在短时间内完成洗涤任务,并降低能耗,还具有多种洗涤模式,可满足不同餐具的清洗需求。任务一：能量转化的效率中国的能效标识通常分为1至5级。1级表示最节能,产品的能源利用效率最高,能耗最低;2级表示比较节能;3级为市场平均水平;4级表示能源利用效率较低;5级是产品进入市场的最低能效标准。能效等级越高,说明电器在运行过程中越节能,能够为用户节省更多的电费,同时也更符合环保要求。任务一：能量转化的效率

【学生活动2】“提高热机效率”方案设计研讨会

1.活动准备任务一：能量转化的效率热机效率表随着科学技术的发展,各种机械或装置在工作过程中的能量转换效率在不断提高。任务一：能量转化的效率由蒸汽机发展到喷气发动机,能量利用效率从6%提高到60%左右。如今,各类汽油机、柴油机的效率与以往相比都有了一定幅度的提升,混合动力汽车发动机的效率最高,超出了40%。但是,和电动汽车中的电动机相比仍是相形见绌,电动汽车的电动机将电能转化为动能的效率高得多。可见,能源利用效率的提高离不开科学技术的进步。任务一：能量转化的效率每四人分为一组,设“资料整理员”“方案设计师”“展示发言人”“记录员”各一人。结合教材中的相关内容和热机工作原理简化图,讨论并列出三种以上能量损失途径。任务一：能量转化的效率例如:

①废气带走大量内能(占比约30%~40%)。②机体散热损失内能。③机械部件摩擦损失能量。④燃料不完全燃烧损失化学能。各组查阅资料,收集热机改进案例的相关资料。任务一：能量转化的效率

2.活动步骤

(1)分组讨论热机工作时能量损失的主要途径(如摩擦损失、废气带走能量等)。

(2)每组选择一种热机,结合其效率现状,从“减少能量损失”“优化能量转化”两个角度设计提高效率的具体方案(如给发动机加保温层减少散热、改进燃烧方式让燃料充分燃烧等)。任务一：能量转化的效率方案要求:

①针对每种损失途径至少提出1个改进措施。例如,针对“废气带走能量”,设计“废气涡轮增压装置”或“余热供暖系统”;针对“摩擦损失”,提出“使用高性能润滑油”“优化部件结构减少摩擦面”;等等。任务一：能量转化的效率

(3)各组发言人结合示意图展示方案(限时2分钟),其他小组用便利贴提出评价意见(如优点、可改进点等)。例如,“余热供暖系统能实现能量再利用,优点突出,但需考虑管道安装空间问题”。展示结束后,各组收集意见修改方案。任务一：能量转化的效率

(4)全班共同总结提高能量转化效率的通用方法。例如:

①针对废气带走能量:设计废气余热回收装置,将废气中的热量重新利用(如加热水或空气,用于供暖或预热燃料)。②针对散热损失:采用新型保温材料包裹热机机体,减少热量散失。③针对机械摩擦损失:使用高性能润滑油、优化机械结构(如采用滚动摩擦代替滑动摩擦)。任务一：能量转化的效率④针对燃料燃烧不充分:改进燃烧装置,保证燃料与空气充分混合,提高燃烧效率。

(5)布置课后任务:调查家中汽车(或常见交通工具)的动力类型及效率,提出一条提高其能源利用效率的建议。任务二：能源与可持续发展从人类社会发展的进程看,每次能源变革都无一例外地把人类社会推向一个新的发展阶段。能源为人类文明发展作出了重大贡献。但是,当前能源的开发与利用问题也使人类产生了深深的忧虑与困惑。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展到2100年,全球平均气温将比工业化前上升1.5~4.8℃。若全球平均气温上升2℃,则极地冰川和冰层会大规模熔化,导致海平面显著上升,从而淹没全球大批沿海城市,对数以亿计的居民造成威胁。此外,气候变化还会导致生物多样性下降、水资源短缺等严重问题。为了实现地球能源的可持续发展,我们应该怎么做?任务二：能源与可持续发展

【学生活动3】了解“碳达峰”和“碳中和”

“碳达峰”是指二氧化碳年排放的总量在某一个时期达到历史最高值,之后逐步降低。“碳中和”是指在一定时期内,通过植树造林、节能减排等方式抵消人为产生的二氧化碳。任务二：能源与可持续发展

2015年,在各国的共同努力下,第21届联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》,首次提出让所有国家共同致力于实现以下目标:与前工业化时期相比,将全球平均温度升幅控制在2℃以内,并继续争取把温度升幅限定在1.5℃以内。

2020年9月,我国在第75届联合国大会上发言,将力争于2030年前实现“碳达峰”,争取在2060年前实现“碳中和”。任务二：能源与可持续发展

【学生活动4】畅想未来理想的新能源

1.活动准备

(1)准备各类利用能源的实物或模型(如太阳能板、小风车模型等),以及能源利用场景的图片或视频。

(2)每5人分为一组,设资料整合员、表格填写员、展示设计师、发言人、记录员各一。任务二：能源与可持续发展

(3)向每个小组发放“能源特点对比表”(含来源、可再生性、洁净度、获取难度、经济性等5项维度)和能源信息卡(印有各类能源的详细资料)。任务二：能源与可持续发展

2.活动步骤

(1)理想能源“标准”制定未来的理想能源要满足哪些条件?

来源丰富、可再生、洁净安全、获取方便、经济。任务二：能源与可持续发展

(2)能源“体检”大比拼①“能源信息卡”研读:每组领取太阳能、风能、水能、地热能、核能5类能源信息卡,资料整合员带领组员梳理各类能源在5个维度的具体表现。任务二：能源与可持续发展②“体检表”填写:表格填写员根据研读结果,在“能源特点对比表”中对各类能源的每个维度进行星级评价(1~5星,5星为最优),记录关键依据。例如,太阳能“获取难度”维度,若受天气影响则评3星,标注“阴雨天效率下降”。③各小组总结分享。任务二：能源与可持续发展

太阳能:地球最基础的能源来源(化石能源、风能、水能本质上均间接来自太阳能),核心利用形式为光伏发电(光伏板)和光热发电(聚光加热介质)。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展

风能:空气流动产生的动能,核心利用形式为陆上风电和海上风电(通过风机叶片转动驱动发电机)。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展

水能:水体(如河流、湖泊、海洋等)的势能或动能,核心利用形式为水力发电(筑坝蓄水,利用水位差驱动水轮机)、潮汐能(利用潮汐涨落的水位差)和波浪能(利用海浪的动能)。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展

地热能:地球内部(地壳、地幔)的热能,核心利用形式为地热发电(利用地下热水或蒸汽驱动汽轮机)和地热直接利用(供暖、种植、养殖)。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展

核能:分为传统核能(核裂变,如铀235裂变)和前沿核能(核聚变,如氢同位素聚变),当前主流为核裂变发电,核聚变发电仍处于实验阶段。任务二：能源与可持续发展任务二：能源与可持续发展④分小组讨论:结合“理想能源标准”与“体检表”,初步筛选出符合条件的优先开发能源及潜在主体能源。若以“来源丰富、可再生、洁净安全、获取方便、经济”五大标准综合评分(满分5星),各类能源的理想度排序如下:任务二：能源与可持续发展未来核聚变:★★★★★(五项全优,唯一接近“完美理想能源”的类型,但技术未成熟)。太阳能、风能:★★★★☆(前三项全优,仅“获取方便”和“经济”受场景限制,当前最具规模化潜力)。水能:★★★★☆(前三项优秀,但“获取方便”依赖地形,且生态成本高,适合区域开发)。任务二：能源与可持续发展地热能:★★★☆☆(前三项优秀,但“获取方便”和“经济”受地域限制,适合局部场景)。核裂变:★★★☆☆(洁净、经济,但“来源”有限、“安全”有风险,适合作为过渡能源)。任务二：能源与可持续发展

(3)“能源推介官”展示会①展示设计:各小组以“能源推介官”身份,围绕初步筛选出的能源,制作推介海报,标注其核心优势、与理想能源的契合点及未来应用场景(如风能海报可画风车与电网连接图,标注“可再生、零污染”)。任务二：能源与可持续发展②推介发布:每组发言人限时2分钟展示海报,阐述推荐该能源作为“优先开发能源”或“未来主体能源”的理由。其他小组认真倾听,可在发言结束后提出问题(如“太阳能在夜晚如何高效获取”),发言组进行解答。③全班投票:发放投票贴纸,学生为自己认为最符合理想能源标准的2~3种能源投票,教师统计结果并公布“学生心中的未来能源TOP3”。任务二：能源与可持续发展

(4)总结升华太阳能、风能、水能等清洁能源因来源丰富、可再生、洁净安全,成为优先开发能源;其中太阳能与风能受地域、天气影响较小,获取技术不断进步,有望成为未来促进人类社会可持续发展的主体能源。如何为能源转型贡献力量?任务二：能源与可持续发展

3.课后延伸课后各小组查阅资料,针对投票选出的TOP3能源,设计1个“未来能源利用小发明”方案(如“太阳能充电背包”“风能路灯”等),下节课进行分享交流。任务二：能源与可持续发展

【学生活动5】提倡低碳消费,落实节能举措

1.活动准备

(1)课前布置任务:观察日常生活中能源的使用情况,收集低碳消费、节能举措的相关资料,并记录自己能做到的具体措施。

(2)准备“低碳消费”和“节能重要性”的相关视频。任务二：能源与可持续发展

2.活动步骤

(1)讲解:

①低碳消费,即指在消费过程中尽量减少二氧化碳排放量,选择低能耗、低污染、低排放的产品和服务。②节能可以缓解能源短缺问题、减少环境污染、降低能源成本等。任务二：能源与可持续发展

(2)进行分组讨论,每组5到6人,讨论时间为10分钟,讨论主题为“我能做到的低碳消费和节能举措”。讨论结束后,每组推选一名代表进行发言,分享本组的讨论成果,发言时间每组不超过5分钟。分享自己收集到的资料和记录的具体措施。任务二：能源与可持续发展①低碳消费方面:购物时自带环保袋,减少塑料袋的使用;优先购买节能产品,如节能冰箱、节能空调等;减少一次性用品的购买,如一次性筷子、一次性水杯等;选择购买本地、当季的蔬菜水果,减少运输过程中的能源消耗和碳排放;闲置物品进行二手交易或捐赠,实现资源循环利用。任务二：能源与可持续发展②节能举措方面:离开教室、房间时及时关灯、关风扇、关空调;合理使用空调,夏季温度设定不低于26℃,冬季不高于20℃;节约用水,洗漱时随手关闭水龙头,用洗菜水、淘米水浇花、冲厕所;使用节能灯具,如LED灯;电器不用时拔掉插头,避免待机能耗;短途出行选择步行或骑自行车,长途出行优先选择公共交通工具,减少私家车使用。任务二：能源与可持续发展

(3)对本次活动进行总结,回顾活动的主要内容,强调低碳消费和节能举措的重要性,将活动中分享的措施运用到日常生活中,并带动家人和朋友一起践行低碳节能理念。任务二：能源与可持续发展

3.活动延伸

(1)开展“低碳节能小达人”评选活动,记录自己一个月内的低碳节能行为,月底进行评选和表彰。

(2)与家长一起制订家庭低碳节能计划,并付诸实践,定期在班级内分享家庭的实践成果。任务二：能源与可持续发展要实现碳排放持续大幅下降,一方面要优化能源结构,加快发展太阳能、水能、风能等清洁能源,另一方面要大力提倡低碳消费,落实节能举措,降低能耗。让我们从力所能及的小事做起,积极践行“绿水青山就是金山银山”的发展理