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新能源的发展
第2节
第二十二章　能源与可持续发展
人教版九年级全一册
1
了解原子、原子核的结构。
2
知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。
3
了解核裂变、核聚变。
4
知道太阳能的利用方式及其新进展。
5
了解新能源的开发与利用对可持续发展的重要性。
学习目标
想一想：如果没有太阳，我们的世界会变成什么样子？
这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳？巨大的太阳能是怎么产生的呢？人类是怎样利用太阳能的呢？
今天我们就学习太阳能的知识。
情景引入
1.请把电能、煤、柴薪、石油、核能等能源，按照人类开始使用的先后进行排序。
柴薪→煤→石油→电能→核能
2.柴薪、煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、核能等，其中哪些属于不可再生能源？哪些属于可再生能源？
不可再生能源：煤炭、石油、天然气、核能。
可再生能源：柴薪、水能、风能、太阳能。
温故知新
一、核能
1.原子结构
(1)原子由_______和______构成。
(2)原子核由______和______组成，______带正电荷，其电荷量跟_____的电荷量相等，______不带电。
原子核
电子
质子
中子
质子
电子
中子
电子
原子核
原子核
中子
质子
(3)质量较大的原子核发生______，或者质量较小的原子核_________，释放出惊人的能量就是______。
分裂
相互结合
核能
合作探究
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。
原子的直径
约10-10m
原子核的直径约10-15m
原子核极小，它的直径在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。
思考：原子和原子核的尺寸究竟有多大？研究表明，若把它们都看成一个球体，原子半径的数量级为10-10 m，原子核半径的数量级为10-15 m。打个比方，如果原子的大小跟北京奥运会“鸟巢”体育场一样大，那么原子核该有多大？是相当于篮球、垒球、乒乓球，还是蚕豆、绿豆的大小？(已知“鸟巢”体育场南北约333 m)
解：“鸟巢”体育场南北约为333 m，若原子为体育场大小，设原子核直
径为R，则有：
则R＝3.33×10-3 m＝3.33 mm，所以原子核大小相当于绿豆大小。
核裂变
核聚变
释放核能的方式：核裂变和核聚变。
2.裂变
活动1　模拟链式反应
(1)将火柴搭成如图所示的结构。
(2)点燃第一根火柴后，观察发生的现象。
现象：第一根火柴烧完后，会点燃中间的2根火柴， 这2根火柴烧完后，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。
阅读教材第195页，完成以下内容。
(1)裂变：质量较____的原子核发生分裂。
(2)一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量，这就是裂变中的________。
大
链式反应
中子
铀核
核裂变与链式反应
②对链式反应______控制：核电站。其核心设备是__________。
(3)链式反应的应用：
不加
加以
核反应堆
①对链式反应______控制：原子弹；
我国第一颗原子弹爆炸
中国钍燃料核反应堆
原子弹爆炸
(4)核电站工作过程中的能量转化：
核能→___能(核反应堆)→______能(汽轮机)→___能(发电机)
内
机械
电
核能
内能
内能
机械能
电能
核
裂变
蒸汽发生器
发
电机
汽轮机
学以致用
如图是我国的大亚湾核电站，是利用核能来大规模生产电能的发电站。关于核能和核电站，下列相关说法中正确的是(　　)
A.核能是可再生能源
B.核能不会对人类造成危害
C.核电站是利用裂变的链式反应发电的
D.核电站发电时，把核能直接转化为电能
C
3.聚变
阅读教材第196~197页，完成下面的填空。
(1)使质量很小的原子核在_______和_____下结合成新的______的原子核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，有时也称为_________。
(2)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_____瞬间释放的能量。
超高温
高压
较大
热核反应
聚变
形成氦核
氘核
氚核
超高温
发生条件
被释放的中子
能量
聚变过程
(3)目前人类尚 (选填“能”或“不能”)对核聚变进行控制。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。
(4)我国对可控核聚变的研究走在世界的前列，研究成果有____________
_________________________________。
不能
环流器EAST、
“神光III”激光约束核聚变研究装置
思考：人类关于核聚变的应用已经取得的成就是什么？还有什么问题急需解决？
答案　人类关于核聚变的应用已取得的成就：氢弹是人类利用聚变制造的一种核武器。
急需解决的问题：如何实现可控的聚变反应获取核能。
二、太阳能
自制集热器
①在一个黑色盘子和一个白色盘子中分别注入约1 cm深的冷水，用温度计测量初温。
②将玻璃板盖在盘子上，然后放在阳光下晒一个小时。
③移开盖板，用温度计测量水温。哪个盘中的水温高？
现象：
黑色盘子的水温比白色盘子中的水温高
想一想，为什么要用黑色的盘子？为什么盘子上面要盖玻璃板？
根据我们的经验可知，黑色物体吸热能力强，所以黑色盘子中的水温高；故太阳集热器的内表面要涂成黑色。
盘子上面盖玻璃板是减少热量散失，类似做饭时锅盖的作用。
合作探究
1.太阳能的来源是在太阳内部，氢原子核在超高温下发生_____，释放出巨大的核能。
2.目前直接利用太阳能的方式主要有两种：
(1)集热器：_____能转化为____能；
(2)太阳能电池：______能转化为____能。
聚变
太阳
内
太阳
电
3.太阳能电池
(1)优点：______________。
(2)应用：______________________________________等。
4.人们可以利用的新能源还有____能和______能。
使用寿命较长
航空、航天、通信、电灯、计算器、手表
风
海洋
太阳能集热发电站
思考：太阳能有哪些优点和缺点？
答案　(1)优点
①太阳能取之不尽、用之不竭，是人类可以利用的最丰富的永久性能源。
②太阳能分布广阔，不需要挖掘、开采和运输。
③太阳能是一种清洁能源，使用时没有污染。
(2)缺点
①太阳能到达地球上非常分散，接收装置的面积大，造价高。
②太阳能的利用受气候、昼夜的影响很大。因此必须有贮存装置，这不仅增加了技术上的困难，也使造价增加。
③太阳能电池的成本高，而且每个太阳能电池产生的电压较低。
太阳能
1.下列关于核能的说法正确的是(　　)
A.物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到
核能
B.到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变
C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的
D.自然界只有在人为的条件下才能发生聚变
B
当堂检测
2.以下是核电站工作情况的方框图，请在空白的方框内填写装置的种类，并在下面的括弧内填写这种装置中发生了怎样的能量转化。
内能转化为机械能
机械能转化为电能
汽轮
发电
3.(2025·宿迁宿豫区一模)核能是一种　　　 　(选填“可再生”或“不可再生”)能源。核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控　　　 (选填“核裂变”或“核聚变”)反应释放核能的设备。
不可再生
核裂变
4.有人说，我们现在开采的煤、石油等化石能源，实际上都来源于上亿年前太阳上的核能。请你说明这句话的道理。
答案　远古时期，植物通过光合作用将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体经过几百万年变成了石油和煤，在石油形成过程中还放出天然气，所以说，我们开采化石燃料，实际上是开采上亿年前的太阳能。
5.人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量。太阳能转化为其他形式能量的方式有三种：一是光热转换，例如用太阳能集热器把水加热；二是光化转换，把太阳能转化为化学能；三是光电转换，把太阳能转化为电能。如图画出了这三种转化的框图。其中椭圆表示转化的装置或物体，菱形表示由太阳能转化成的另一种能量形式。请在图中的三个空白处填入相关的文字。
绿色植物
太阳能电池
内能
新能源的发展
核能
课堂小结
风能
海洋能
太阳能
原子核内部结构
产生：内部发生核聚变释放巨大能量
裂变
聚变
链式反应；核电站、原子弹
氢弹（可控核聚变研究中）
利用：太阳能集热器、太阳能电池、植物吸收太阳光发生光合作用等
风车田、潮汐电站

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