资源简介

20.2　开发新能源
1．物理观念：
(1)知道利用太阳能的四个主要渠道及其能量转化方式。
(2)知道原子、原子核的结构，了解获得核能的两种方式。
(3)了解核电站大致的工作原理。
(4)了解其他新能源。
2．科学思维：
通过1 kg铀裂变释放的能量与释放相同能量所需的煤炭的质量对比，推理使用核能的优点及可能带来的问题。
3．科学探究：
通过阅读教材和查阅资料，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的新进展。
4．科学态度与责任：
(1)通过图文结合的方式学习核能，激发学生的探究欲望和学习兴趣，使学生养成实事求是的科学态度，热爱科学的情感。
(2)查阅资料，了解受控核聚变(人造太阳)的研究进展，了解我国在这方面的研究成就，增强学生民族自豪感和社会责任感。
教学重点：知道释放核能的两种方式。
教学难点：了解铀核链式反应的大致情况和核电站的大致工作过程。
多媒体，图片等。
一、情境引入
由于面临能源危机，世界各国都越来越重视能源的开发和利用新能源，有哪些新能源呢？这节课我们一起来学习。
二、新课教学
探究点一：太阳能——永恒的动力之源
学生阅读课本P79～80，思考利用太阳能的方式及太阳能的特点。
教师归纳：
1．直接利用太阳能有三种方式：
太阳能——内能：太阳能热水器、用凸透镜会聚阳光以取火；用凹面镜会聚阳光以烧饭，如太阳灶；晾晒衣服、谷物等。
太阳能——电能：光伏电站、计算器上的光电池将光能转换成电能供计算器使用；航天器上的电池板将太阳能转换成电能供仪器、航天员使用等。
太阳能——化学能：太阳能制氢、露天照相时，太阳光使照相底片感光。
2．太阳能的特点：
(1)太阳能“大”：太阳向空间辐射的能量，总功率达3.8×1023kW，到达地面的太阳辐射功率达1.7×1014kW(到达地面的太阳能比到达地球的要少，因为到达地球的太阳能有一部分被云层等反射回到空间而到不了地面)，比全世界的发电总量高出5×104倍。
(2)太阳能“公”：阳光普照，到处都有(当然，分布也不平衡，例如撒哈拉等热带沙漠地区的太阳能资源特别丰富)。
(3)太阳能“洁”：太阳能是清洁能源，直接利用太阳能不会产生废渣、废气而污染环境。
(4)太阳能“久”：太阳能是可再生能源，太阳还能发光、发热几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。
探究点二：核能——造福人类的“神火”
介绍：由于原子核的变化而释放的巨大能量叫做核能，包括裂变和聚变。
1．裂变
(1)定义：用中子轰击重核时，重核会分裂成大小相差不大的两个中等原子核，同时释放出巨大的能量，这种现象叫做裂变。
(2)链式反应
如图所示，用中子轰击铀核，铀核分裂时释放出核能，同时产生几个中子，这些中子又会轰击其他的铀核……于是导致一系列裂变。
(3)核电站
介绍：核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆中发生链式反应，是可以控制的。1942年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。当时的核反应堆的功率非常小，大约需要260座这样的反应堆才能点亮一只40 W的灯泡。然而，这是人类利用核能的关键一步。
今天，全世界已经建成了几百座核电站，它们的发电量接近全球发电量的。
核电站的工作原理：
在核反应堆里的核燃料裂变释放的核能转化为反应堆的内能，使反应堆温度升高，利用不锈钢管子里的循环水把热引导出来，使蒸汽发生器里的水受热变成蒸汽，推动涡轮机旋转，带动发电机发电；从涡轮机出来的蒸汽，通过凝汽室到冷却塔凝结成水，再回到蒸汽室里吸热变成蒸汽。
在建造核电站时为避免可能带来的安全问题，都采用了有效的防护措施，它对环境的污染完全可以做到比火力发电站少得多，但在历史上也发生过几次事故，主要是放射性的物质泄漏。
(4)原子弹
在人类实现可控核裂变的3年以后，即1945年，利用不可控核裂变制造的毁灭性武器——原子弹，在日本广岛爆炸了。
2．聚变
定义：较轻的核(氘、氚)在超高温下结合成新的较重的原子核，同时释放更大的核能，这种现象叫做聚变。如图所示：
太阳内部进行大规模的聚变，释放的核能以电磁波形式向外辐射，这就是太阳能。
探究点三：其他能源
阅读课本P84“信息浏览”，了解水能、海洋能、风能、氢能。
提问：你认为太阳能、核能、风能、海洋能等新能源中，哪些最可能成为人类未来的理想能源？
学生讨论回答。
20．2　开发新能源
一、太阳能——永恒的动力之源
二、核能——造福人类的“神火”
三、其他能源
本节课学生先阅读课本上的内容，我再进行深入讲解归纳，这不仅能培养学生自主学习的能力，也能使学生明白自己有哪些知识学习的遗漏。通过本节课的教学，学生不仅了解能源的有关知识，并且了解人类利用能源带来的不利影响，鼓励学生大胆创新，将来为开发新能源做出自己的贡献。20.4　能源、环境与可持续发展
1．物理观念：
(1)认识到伴随大量能源消耗而产生的环境问题。
(2)了解“温室效应”和“酸雨现象”形成的原因，了解铅尘的危害。
(3)知道“碳达峰”与“碳中和”。
2．科学思维：
通过学习和查阅资料，能够提出能源可持续发展的策略。
3．科学探究：
通过交流讨论的方式，了解新能源与人类生存和环境发展的关系，以及解决有关环境问题的措施。
4．科学态度与责任：
查阅资料，了解我国新能源汽车的发展概况，树立保护环境的意识，在能源的开发和利用中有可持续发展的意识。
教学重点：初步认识科学及其相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响，有可持续发展意识。
教学难点：温室效应、酸雨、铅尘增加形成的原因。
多媒体。
一、情境引入
随着人类社会的发展，对能源的需求也不断地提高，这就使我们的环境在一定程度上受到了污染和破坏，今天我们就来学习一下能源、环境与可持续发展。
二、新课教学
探究点一：能源与环境
1．温室效应
温室效应是怎样形成的呢？学生阅读课本P93内容，教师讲解。
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤、石油和天然气，大量排放尾气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气而造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，对紫外线进行反射，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动向大自然还排放其他温室气体，它们是氟氯烃(CFC)、甲烷、低空臭氧和氮氧化物气体，地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
若温室效应不断加剧，全球温度也必将逐年持续升高。
温室效应发生带来的后果是什么？请学生回答。
学生回答：海平面上升；生态平衡遭到破坏；海水倒灌，使良田遭到破坏等。
2．酸雨
酸雨是怎样形成的呢？学生阅读课本P94内容，教师讲解。
人类在使用能源的过程中会将二氧化硫和氮氧化物排放到空气中，会生成酸性物质，溶在雨水中便成了酸雨。酸雨能使土壤酸化，使植物难以生长。
3．铅尘增加
人类工业和对物品的处理不当使空气中的铅尘含量增加，这将导致儿童智力下降，也易使成年人患高血压、心脏病、中风等疾病。
探究点二：“碳达峰”与“碳中和”
随着社会的不断进步，人类消耗的能源越来越多，随之而产生的二氧化碳排放量也在增加，世界公认二氧化碳排放过多是全球气温升高的主要原因。
当一个地区或国家的碳排放量达到一个最大值，不再增长时即为“碳达峰”；“碳中和”是指一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林等增加吸收二氧化碳的方式以抵消碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。人类低碳发展的终极目标就是要实现“碳中和”。
中国积极参与应对气候变化全球治理，将实现“碳达峰”、“碳中和”作为一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。中国承诺二氧化碳排放量将在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”，体现了我国对世界发展的责任和担当。
探究点三：绿水青山就是金山银山
为了减少能量利用对环境的污染和破坏，做到可持续发展，我们必须改进传统能源的技术，同时还要着力开发无污染的“绿色能源”。要留给子孙后代蓝天、清水、绿地。
同学们对于开发新能源和环境保护有什么好的建议呢？分组讨论，并回答。
教师对小组成员的合理回答给予肯定。
20．4　能源、环境与可持续发展
一、能源与环境
能源的利用不当导致温室效应、酸雨、铅尘增加等。
二、“碳达峰”与“碳中和”
三、绿水青山就是金山银山
在学科教学过程中我重视对学生进行思想教育，这对学生将来在道德品质等方面成为一个高尚的人会有很重要的作用。本节课我让学生知道我们人类和大自然的关系是紧密相连的，我们在向大自然索取能源的同时，我们也应该保护大自然和合理利用能源。这节课对学生有很好的教育意义。20.3　能量的转化与能量守恒
1．物理观念：
(1)知道能量是可以转移和转化的，能列举能量转化和转移的实例。
(2)知道能量守恒定律，并能运用能量守恒定律分析“永动机”失败的必然性。
(3)知道能的转移或转化有方向性。
2．科学思维：
(1)知道能量的利用存在效率问题，100%的能量利用率只是一种理想情况。
(2)通过能量守恒定律的学习，分析“永动机”失败的原因。
3．科学探究：
通过查阅资料，了解人类常用的能源，如风能、生物质能、化石能源等，能说出它们的大致形成过程。
4．科学态度与责任：
通过课内学习和查阅资料，了解太阳能在地球上是怎样转化成其他形式能量的，提高节能意识，践行低碳生活，促进其科学态度与责任感的养成。
教学重点：知道能量是可以转移和转化的。
教学难点：体会能的转移或转化是有方向性的。
可充电干电池的充电器，可充电干电池，小灯泡及灯座，导线，开关，干电池夹，多媒体。
一、情境引入
太阳能、风能、地热能等，通常要做转化才能被我们所用，人类历史上不断进行着能量转化技术的改革。今天我们就来了解能的转化与守恒。
二、新课教学
探究点一：能量的转移与转化
1．能量的转移
以“活动1”中的三个实例说明能量可以在两个物体之间转移。
再列举金属勺放在滚开的稀饭中，勺柄很烫手的实例。(播放相关视频)
教师引导学生分析得出：热水的内能转移给金属勺。
交流讨论：你还知道哪些能量转移的实例？能否设计一些实验说明能量的转移？
教师引导学生讨论得出：机械能、化学能也可以从一个物体转移给另一个物体。
师生总结得出结论：(板书)能量可以从一个物体转移给另一个物体。
2．能量的转化
能量不仅可以转移，而且各种形式的能量之间还可以相互转化。
活动2：
(1)指导学生阅读图，它们的能量是如何转化的呢？(播放相关视频)
教师引导学生得出：手机充电时，电能转化成化学能；电池放电时，化学能转化成电能。
(2)交流、讨论、实验：你还知道哪些能量转化的实例？
教师引导学生实验、交流讨论得出：
机械能转化为电能，如发电机；
电能转化为机械能，如电动机；
电能转化为内能，如电炉；
内能转化为电能，如温差发电；
机械能转化为内能，如摩擦生热；
内能转化为机械能，如内燃机的做功冲程；
光能转化为内能，如太阳能热水器；
内能转化为光能，如白炽灯；
光能转化为电能，如太阳能电池；
电能转化为光能，如电灯。
以“活动2”中的蓄电池的充电、放电说明电能和化学能可以相互转化的个案，再经过学生的思考和讨论拓展成不同形式的能量可以相互转化的普遍认识。
师生总结得出结论：各种形式的能量在一定条件下可以相互转化。
归纳总结：能量不仅可以转移，而且各种形式的能量在一定条件下还可以相互转化。
探究点二：能量守恒定律
讨论：
1．从电动机提升重物时能量的转移实例中，提出转化后的总能量跟转化前的总能量是否相等的问题。
2．分析历史上制作的“永动机”的失败原因。
引导出能量守恒定律。能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，不受宏观与微观、物理化学或生物等学科领域的限制。
归纳总结：能量在转移和转化过程中，总量保持不变，这就是能量守恒定律。
探究点三：能量在转移和转化过程中的方向性
如图所示，是豆子生长过程，不过次序已经打乱，请你按照正确的顺序排列。(播放相关视频)
正确顺序：B、A、C、F、E、D。
豆子的生长如果按相反顺序是不会发生的，自然界的过程也是有方向性的。能量的转移和转化也都是有方向性的。我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用，能源的利用是有条件的。
播放多媒体课件。
讲授：在课件中，试管中的凉水变热时，烧杯中的热水变冷，在这种内能的转移过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。
提问：反过来，内能是否也可以从低温物体转移给高温物体呢？请同学们讨论，如果可以的话，请举例说明。
启发学生回答：电冰箱、空调制冷都是从低温的内部吸热，向外面放热，内能从低温物体转移给高温物体。
提问：这种转移是自动进行的，还是必须要有附加的条件？
教师引导学生回答：必须消耗电能，它们的电动机(压缩机)对工作物质做功。
提问：用煤、天然气烧开水时，能量如何转化？(学生答：煤、天然气的化学能转化为水的内能)当水渐渐凉下来时，能否将其减少的内能复原为煤、天然气的化学能呢？
提问：行驶中的汽车克服摩擦做功，能量如何转化？(学生答：机械能转化为地面和车轮的内能)地面和车轮的内能能否推动汽车行进呢？
讲授：上述问题的答案是否定的。这样的例子有很多，你还能举出一些类似的事例吗？学生举例，师生评价。
师生总结得出结论：能量的转化和转移过程具有方向性。
20．3　能量的转化与能量守恒
一、能量的转移与转化
二、能量守恒定律
能量在转移和转化过程中，总量保持不变，这就是能量守恒定律。
三、能量在转移和转化过程中的方向性
在本节课中，我积极、恰当地渗透能量的观点是十分必要的。在教学过程中，我尽量地举出身边的实例，并播放一些相关的视频，将枯燥的说教变成动态影像呈现给学生，激发学生的学习兴趣，这样会给学生直观视觉效果，留下深刻的印象。使他们更能理解和学习本节课的相关内容。在学习“能量在转移和转化过程中的方向性”知识点时，我以豆子的生长过程来形象类比能在转移和转化过程中是有方向性的，学生学习的兴趣很高。

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