第2节 新能源的发展

第2节新能源的发展【教学目标】1.了解原子核的结构及核能的利用.2.理解核裂变和核聚变，能正确说出核裂变和核聚变的应用.3.初步认识太阳的结构，知道太阳能是太阳内部发生核聚变形成的，了解利用太阳能的方式.4具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.【教学重点】核能的利用.太阳能的利用方式.【教学难点】核能产生的两种方式:裂变和聚变.太阳能的利用方式.【教具准备】多媒体课件、塑料袋（白色、黑色）、凹面镜、三角支架、玻璃杯(带盖子）、水、温度计、太阳能凉帽（或太阳能电动玩具车）.【教学课时】1课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】师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.你知道的洗呢能源有哪些？生核能、太阳能等.【进行新课】知识点1核能教师用多媒体展示1964年我国第一颗原子弹爆炸的视频.学生对原子弹的原理很好奇，为什么原子弹有这么大的威力.师学习了本节知识后你就会明白了！好，下面我们就开始学习．1.原子、原子核师我们知道分子是由原子构成，那么原子的结构是怎样的呢？生1：一切物质是由分子组成的，分子又由原子组成，而原子由原子核和核外电子构成的.原子核由质子、中子组成.生2:原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，原子核集中了原子的大部分质量.原子核带正电，核外电子带负电，绕核高速旋转.质子和中子的质量比电子大得多，处于原子中心，构成非常小的原子核.教师点评，对学生回答予以肯定.板书：原子的结构：2．核能师质子、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.板书：质量较大的原子核发生分裂或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.2.裂变师数裂变20世纪30年代，科学家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（图22.2-2）.1kg铀全部裂变，释放的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量.3.核电站和原子弹师你们想一想，链式反应如果没有加以控制，那会怎么样呢？生:瞬间释放，造成巨大危害.原子弹会不会就是这样制成的？师同学们说得很对.原子弹爆炸时发生的链式反应，就是不加控制的，大量原子核在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量.师用多媒体播放录像:我国第一颗原子弹爆炸的实况.师同学们，你们知道核电站是如何利用核能的？学生交流、讨论.师引导学生分析，链式反应如果加以控制，就会使其能量平稳释放，得到利用，核电站就是一个典型核裂变的应用.师用多媒体展示核电站的工作示意图.并向学生介绍我国已经成功建成并投入运行的核电站有深圳大亚湾核电站、浙江秦山核电站等.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（图22.2-4）.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.随着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.板书:链式反应加以控制，得到利用——核电站、核潜艇等;不加以控制——原子弹.4.聚变师同学们，原子核可以由重核裂变成轻核放出巨大能量，反过来，轻核结合形成重核的同时也发出更巨大的能量.如果使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），在超高温和高压下结合成新的原子——氦核，也会释放出巨大的核能.这就是聚变，有时也称为热核反应.板书：聚变：质量很小的原子核，在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，释放出巨大的核能.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大的能量.氢弹利用的就是这种能量.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6000C，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50亿年才会燃尽自已的核燃料.那时，它将膨胀为一个巨大的红色星体……师如何实现可控核聚变，如何利用可控核聚变释放的核能？学生思考、讨论.教师引导分析:相信在不久的将来是可以实现的.海水中蕴藏着丰富的、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.希望同学们努力刻苦学习，练就过硬的本领为解决能源问题作出贡献.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（tokamak)EAST（图22.2-7）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.师同学们，科学是双刃剑，利用好给人类造福，否则，会给人类造成巨大的灾难.核能的利用就是一个典型.师好，下面请大家阅读教材P198《核电站与核废料处理》，谈谈自己的看法.学生阅读、思考、讨论核能的优缺点.知识点2太阳能师随着人们生活质量的提高，加之享受改革开放的成果，家电下乡的实施，使太阳能热水器进入了我国广大居民家庭，它具有方便、节能、高效的特点，深得人们的青睐.同学们，你们知道它的原理吗？它是怎么样工作的？学生回忆、思考和讨论.师学习了本节知识后你就会明白了！好，下面我们就开始学习.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.随着科学技术的进步，太阳能等可再生能源逐渐得到较为广泛的应用.直接利用太阳能师同学们，生产、生活中哪些地方应用了太阳能呢？我们是如何利用太阳能的？大家根据平时观察、了解，举例说明.生：（踊跃发言）家庭里的太阳能热水器；夏天，小朋友戴的太阳能凉帽；免充电的太阳能电池手机；乌云山公园街道上的太阳能路灯；上海世博会期间用的太阳能电动公交车;航天技术中利用太阳能电池帆板吸收太阳能供卫星工作……师你们能说出它们的工作原理吗？下面，请大家利用手头的器材分组进行实验.甲组生:将一杯水分成相同体积的两份，分别用黑塑料和白塑料袋装上并把袋口扎紧，放在同一太阳底下晒，15分钟后，立即用温度计测量它们的温度.乙组生：凹面镜正对太阳光，盛水的玻璃杯放在三角支架，调节支架高度和位置，使玻璃杯恰好处在凹面镜的焦点处（当出现一个最小、最亮光斑时为准），过一会儿，用温度计测量水的温度.丙组生:把太阳能凉帽先放在无光处，观察扇叶的转动情况;然后移到太阳光下，观察扇叶的转动情况.若改用太阳能电动玩具车，则观察无光、有光照射时，太阳能电动玩具车的运动情况.师请各小组交流实验情况.甲组生:黑色塑料袋中水温升高快些，由此可知黑色物体吸热能力强；乙组生:玻璃杯中水温升高了，说明凹面镜聚集了太阳光，太阳能可以转化为水的内能.丙组生:有光照射的条件下，扇叶转动（玩具车运动），说明了太阳能电池可以将光能转化为电能，经电动机转化为动能，带动扇叶转动（玩具车运动）.教师点评:这些归纳起来是两种直接利用太阳能的方式.板书：目前直接利用太阳能的方式主要有两种：（1）用集热器把水等物质加热，转化为水的内能（光热转换）；（2）用太阳能电池把太阳能转化成电能(光电转换).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将其转化为内能，从而将集热器管道内的水流加热.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.风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来发电.我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观.【教师结束语】同学们，我们通过这节课的学习，收获了不少知识.我们对核能有了新的认识，知道了核能的产生机理:原子核发生裂变、聚变时产生的巨大能量.核裂变的链式反应在加以控制的条件下，就可以得到很好的利用，否则，瞬间释放出来会造成巨大危害.目前聚变的控制还在研究.通过这节课的学习，我们对太阳能有了新的认识，目前直接利用太阳能有两种方式:用集热器把水等物质加热和用太阳能电池把太阳能转化为电能.随着化石能源的枯竭，太阳能作为一种新能源，在不久的将来，我们相信，在同学们的努力学习和研究开发下，太阳能将会成为生产、生活中的主要能源.好，谢谢大家！课后作业完成本课时的练习 在教学过程中，始终注意到把调动学生学习的积极性、主动性放在首位，采用播放多媒体课件，调动学生学习兴趣.还通过鼓励学生敢于发表自己的见解，学会与他人合作、交流，培养学生主动与他人合作的精神，勇于放弃或修正自己的错误观点. 通过介绍核能的有效合理利用会给人类带来好处，若使用不当或出现异常会造成极大的破坏和危害，让学生明白科学是把双刃剑. 通过教学发现课堂时间比较紧张.在有限的课堂时间内要想充分发挥学生对探究问题的自主性、体现学生学习的主体性，则时间的矛盾总是存在的，把握不好就会使一个问题讨论太久，时间拖得太长，还会远离研究主题，浪费时间等等.所以在组织教学过程中，必须使每个环节十分严密，力争排除一切客观干扰因素，也就是要把握好引导的“度”，对于如何更好地激发学生的探究欲望和兴趣，培养发散性、创造性思维等方面的问题也值得再讨论.风能的来源风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的.太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风.风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度.据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的.全球的风能约为2.74×l09MW，其中可利用的风能为2×l07MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍.空气流动所形成的动能即为风能，风能是太阳能的一种转化形式.太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形成风.风的形成是空气流动的结果.知能演练提升能力提升1.如图所示的设施中,用于发电的能源属于可再生能源的是()A.风能和水能 B.风能和煤的化学能C.风能和核能 D.煤的化学能和核能2.关于能源及能源的利用,下列说法错误的是()A.煤、石油和天然气等化石能源归根到底是来自太阳能B.能源的利用过程,实质上是能量的转化和转移过程C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气D.由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要3.下列说法正确的是()A.未来的理想能源要能大规模替代核能、水能、风能B.未来的理想能源要能大规模替代太阳能C.未来的理想能源要能大规模替代化石能源D.以上说法都正确4.长久性地解决人类对能源需求的根本方法是()A.充分利用地球上的化石能源B.改进工艺,提高能源利用率C.依靠科学技术进步,不断开发新能源D.尽可能地少用能源5.能源问题是现代社会发展的三大基本问题之一。能源家族中:①煤炭②核能③石油④天然气⑤水能⑥风能⑦地热能等,属于不可再生的是;不是直接或间接来自太阳的是。(填序号)

★6.能源危机制约着现代社会的发展,开发和利用可再生能源是人类立足自身解决能源问题的重要举措之一。(1)目前,煤、石油、天然气等化石燃料成为最主要的能源,它们的大量使用打破了生物圈中碳循环的平衡,使大气中的含量迅速增加,导致全球气温升高。

(2)氢能源是我国正在开发的新能源之一,其使用的主要途径是设法构成原电池。从能量转换的角度看,原电池是一种将转化为电能的装置。

(3)某辆以蓄电池为能源的环保汽车,总质量是1000kg;当它在水平路面上以一定速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流为20A,输入电压为50V,在此状态下,驱动电机的输入功率为W。设想改用太阳能电池给该车供电,所需的太阳能电池板的面积至少应为m2。(按阳光垂直照射时,地球表面每平方米面积上每秒内可获得800J的能量,太阳能电池的转换效率为20%计算)

探究创新★7.阅读下列短文,回答相关问题。汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代社会的产物,在给人类的生活带来便捷舒适的同时,对自然生态环境的恶化也有难以推卸的责任。大气污染主要来源于工业污染和汽车尾气。A市近几年来汽车保有量的增长很快,环保面临如汽车污染等问题的考验。将氢气应用于汽车发动机的技术已在我国研制成功;以酒精为燃料的汽车已在北京市、河南省使用;很多地方已将一部分汽车改用液化气作燃料。(1)请提出A市治理汽车污染的一条合理化建议:_____________________________。

(2)就目前情况看,氢气作燃料的汽车要投入使用前,你认为还要研究解决的问题有_____________________________。

(3)若实验用以氢气为燃料的汽车运行1km,需要2.858×106J能量。现这辆车行驶30km,需g氢气。(已知每克氢气燃烧放出1.429×105J能量)

知能演练·提升1.A风能和水能可从自然界中源源不断地得到补充,属于可再生能源,故A正确;煤的化学能和核能不能在短时期内从自然界中得到补充,属于不可再生能源,故B、C、D错误。2.D煤、石油和天然气等化石能源归根到底是来自太阳能,即它们间接来自太阳能,故选项A正确,不符合题意;能源不会消灭和创生,只能发生转化和转移,因此能源的利用过程,实质上是能的转化和转移过程,故选项B正确,不符合题意;现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气,即仍以化石能源为主,故选项C正确,不符合题