22.4能源與可持續(xù)發(fā)展（教學設(shè)計）九年級物理全一冊（人教版）

22.4能源與可持續(xù)發(fā)展（教學設(shè)計）年級九年級授課時間課題22.4能源與可持續(xù)發(fā)展教學目標1.知道能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都是有方向性的。2.認識伴隨大量能源消耗對環(huán)境的影響問題，對于能源開發(fā)利用有可持續(xù)發(fā)展的意識。3.了解未來理想能源的特征。教材分析本節(jié)內(nèi)容由“能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性”“能源消耗對環(huán)境的影響”和“能源與可持續(xù)發(fā)展”三部分構(gòu)成。本節(jié)內(nèi)容較少，主要介紹了人們是在能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中利用能量的，以及能源消耗對環(huán)境的影響。不可再生能源儲量有限，不能滿足不斷增長的能量需求。因此，秉承可持續(xù)發(fā)展的思想，開發(fā)和探索未來的理想能源是人類進一步發(fā)展所需要解決的重要課題。教學器材多媒體ppt，包含視頻《太能源與可持續(xù)發(fā)展》等。教學過程教師活動學生活動導入新課【播放圖片并提問】（1）化石能源是現(xiàn)代人類文明所需的主要能源。按現(xiàn)在的能源消耗，世界上的石油、天然氣和煤等化石能源將在幾十年至200年內(nèi)逐漸耗盡。（2）我們知道，自然界中的能量在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中是守恒的。按照這個規(guī)律推理，那么地球上的能量就不會減少了，但是為什么全人類還需要節(jié)約能源？為什么還要發(fā)展尋找新的理想能源?今天我們一起學習這些知識——《22.4能源與可持續(xù)發(fā)展》。學習新課一、能量轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)化的方向性1.能量轉(zhuǎn)移具有方向性（1）探究能量轉(zhuǎn)移具有方向性①實例一：把一杯水放到溫度較高的環(huán)境中，水是否會自動變熱？把水放到溫度較低的環(huán)境中，水是否會自動變熱？【現(xiàn)象】若把水放到溫度較高的環(huán)境中，水吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。若把水放到溫度較低的環(huán)境中，水放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少。水的內(nèi)能會傳給空氣，水不會變熱?！痉治觥窟@是因為在熱傳遞的過程中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。你見過生活中熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的嗎？②實例二：如果要使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，就需要消耗其他形式的能量。例如，電冰箱工作時將熱量從溫度較低的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到溫度較高的外部，需要消耗額外的電能。（2）探究歸納在熱傳遞的過程中，能量總是自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反。結(jié)論：能量的轉(zhuǎn)移具有方向性.2.能量轉(zhuǎn)化具有方向性（1）探究能量轉(zhuǎn)化具有方向性①實例一：火力發(fā)電廠把煤中貯存的化學能轉(zhuǎn)化為電能，供生產(chǎn)和生活用。用電器將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能、機械能多種形式的能后，但是這些能量無法再變回可以被利用的能源。②實例二：汽車制動時，由于摩擦，動能轉(zhuǎn)化成了輪胎、地面和空氣的內(nèi)能，但這些能量不能自動地收集起來再次驅(qū)動汽車。這些能量雖然沒有消失，但也不能再被我們利用。（2）探究歸納：能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。3.綜合上述探究可得出結(jié)論能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性。4.節(jié)約能源能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是有方向性的，人們是在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中利用能量的。因此，不是所有的能量都可以利用。能源的利用是有條件的，我們所能利用的能源是有限的，所以需要節(jié)約能源。【例題1】如圖甲所示，用兩個玻璃杯做“棉紗滴水實驗”，過一段時間后（a/b）杯中的棉紗末端有水滴出。圖乙為某轎車輸出的能量與輸入能量之間的關(guān)系圖，圖中損失的化學能可以使質(zhì)量為8kg的水溫度升高℃[水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]。轎車剎車時，由于摩擦，轎車損失的機械能不能自動地集起來再次開動轎車，這說明能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有。

【答案】a，，方向性?！驹斀狻扛鶕?jù)虹吸原理可知，發(fā)生此現(xiàn)象時出水口比容器的水面必須低，這樣使得出水口液面受到向下的壓強（大氣壓加水的壓強）大于向上的大氣壓，保證水的流出，故a可以，b不可以。由Q吸Δt=汽車剎車時，由于摩擦，汽車的動能轉(zhuǎn)化為地面、空氣的內(nèi)能，這些能量會散發(fā)到周圍的環(huán)境中，無法再回收利用；摩擦生熱時內(nèi)能以熱量的形式散發(fā)掉，所以能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，這些內(nèi)能不能自動地再次開動汽車。根據(jù)生活經(jīng)驗進行分析討論，歸納出結(jié)論。分析實例，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化情況歸納出結(jié)論：能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。做例題1，了解能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，并且具有方向性。學習新課【提問】能源消耗對環(huán)境有哪些影響？人類消耗各種能源時給自己帶來了便利，不可避免地對環(huán)境造成影響，對環(huán)境造成了污染。例如，化石能源是現(xiàn)代的主要能源?；剂显谌紵眠^程中,產(chǎn)生的各種氣體與固體廢物和余熱對環(huán)境造成污染。1.能源消耗對環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面（1）熱污染化石能源通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，相當一部分內(nèi)能沒有被有效利用，從而造成了熱污染。汽車尾氣是造成空氣污染和城市熱島效應(yīng)的罪魁禍首之一。（2）大氣污染化石能源在使用中會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等，會造成大氣的污染，形成酸雨，導致水、土壤的酸化，對植物、建筑物、金屬構(gòu)件造成危害.①酸雨：酸雨是指pH小于的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落過程中，吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質(zhì)，形成了pH低于的酸性降水。酸雨主要是人為的向大氣中排放大量酸性物質(zhì)所造成的。例如燃料燃燒生成的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有害物質(zhì)。②酸雨的危害：酸雨可導致土壤酸化。土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物。植物長期和過量的吸收鋁，會中毒死亡。（3）溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)是指透射陽光的空間由于與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應(yīng)。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，給地球穿上了一件保暖羽絨服。而燃料燃燒產(chǎn)生的大量二氧化碳，大大加劇了地球的溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)會造成全球氣候變暖，冰川融化，海平面上升，出現(xiàn)極端高溫、干旱、颶風、許多生物物種滅絕，也給人類帶來直接威脅。（4）生態(tài)破壞：一些欠發(fā)達地區(qū)過分依靠柴薪能源，破壞了森林和植被，加劇水土流失和土地荒漠化。（5）有害輻射：核能的開發(fā)和利用，并不絕對清潔和安全的，處理不當或遇到特殊情況（如地震）發(fā)生核泄漏時，會對環(huán)境造成嚴重的輻射危害。2011年3月12日，地震導致福島第一核電站、第二核電站電廠的放射性物質(zhì)泄漏到外部。（6）廢物污染煤、柴薪等能源在使用后，會產(chǎn)生廢物，對環(huán)境也會造成一定的污染.2.想想議議在消耗各種能源時，對環(huán)境造成怎樣的破壞呢？用“√”表示大量消耗能源對環(huán)境會有明顯的破壞，用“×”表示對環(huán)境不會造成明顯的破壞。3.利用能源的建議（1）人類不應(yīng)當無限制地向大自然索取，我們必須在提升物質(zhì)文明的同時，保持與自然環(huán)境的和諧與平衡。（2）不要因為利用能源時會對環(huán)境造成污染而停止使用能源，也不能為了促進文明和社會的發(fā)展而過量使用能源，對環(huán)境造成嚴重污染。使用能源和保護環(huán)境可以做到有機地統(tǒng)一、和諧地發(fā)展。要解決這個問題，當然離不開科學技術(shù)的進步和社會的發(fā)展?！纠}2】空氣中的二氧化碳、甲烷、水汽等物質(zhì)能讓太陽發(fā)出的熱順利地通過，到達地球，但卻阻礙地表反射的熱散發(fā)到大氣層外，大氣的這種保暖作用稱作_________效應(yīng)；而城市的平均氣溫要比周圍的鄉(xiāng)村高一些，這種現(xiàn)象稱為________效應(yīng)，它給城市和鄉(xiāng)村的環(huán)境帶來了不利的影響?！敬鸢浮繙厥?，熱島。【解析】空氣中的二氧化碳、甲烷、水汽等物質(zhì)能讓太陽發(fā)出的熱順利地通過，到達地球，但卻阻礙地表反射的熱散發(fā)到大氣層外，大氣的這種保暖作用就像玻璃溫室一樣，稱作溫室效應(yīng)。熱島效應(yīng)指的是城市的平均氣溫要比周圍的鄉(xiāng)村高一些，它給城市和鄉(xiāng)村的環(huán)境帶來了不利的影響。閱讀課本第178～179頁《能源消耗對環(huán)境的影響》，回答能源消耗對環(huán)境有哪些影響。對于能源消耗對環(huán)境的影響，可讓學生進行交流回答，相互補充。完成表格的填寫。做例題2，了解能源消耗對環(huán)境的影響學習新課【提問】請觀看我國目前的能源消耗結(jié)構(gòu)圖，發(fā)現(xiàn)什么問題？我國目前能源消耗結(jié)構(gòu)我國目前能源消耗結(jié)構(gòu)【分析】煤和石油是現(xiàn)在人們使用的主要能源。按現(xiàn)在的能源消耗計算，世界上的煤、石油和天然氣等化石能源將在幾十年至200年內(nèi)逐漸耗盡。同時大量消耗常規(guī)能源帶來了環(huán)境問題?！咎釂枴块_發(fā)未來理想能源是人類發(fā)展所要解決的重要課題。你認為風能、太陽能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成為未來的理想能源，為什么？1.可持續(xù)發(fā)展的兩個方向能源的利用要考慮持續(xù)性發(fā)展，既要滿足當代人的需要，又要考慮后代人的需求。（1）提高能源的利用率，減少在能源使用中對環(huán)境的破壞。（2）開發(fā)和利用新的理想能源。2.不可再生能源和可再生能源（1）不可再生能源化石能源、核能等能源會越用越少，不能在短期內(nèi)從自然界得到補充，這類能源稱為不可再生能源。由于全世界能源的消耗逐年上漲，這些不可再生能源會在不太長的時間內(nèi)消耗殆盡。（2）可再生能源像風能、水能、太陽能等可以在自然界里源源不斷地得到，所以把它們稱為可再生能源?？稍偕茉词俏磥砝硐肽茉吹囊粋€重要發(fā)展方向。3.未來理想能源未來理想能源須滿足的條件：（1）必須足夠豐富，可以保證長期使用；（2）必須足夠便宜，可以保證多數(shù)人用的起；（3）相關(guān)技術(shù)要成熟，可以保證大規(guī)模使用；（4）必須足夠安全、清潔，可以保證不會嚴重影響環(huán)境?！鞠胂胱h議】你認為風能、太陽能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成為未來的理想能源，為什么？【分析】風能、水能、太陽能、地熱能、潮汐能有可能成為今后的理想能源，因為這些能源既可以循環(huán)使用，又不會對環(huán)境產(chǎn)生破壞和污染。4.我國新能源開發(fā)和利用的一些實例（1）敦煌光伏電站吸熱塔；（2）河南黃河小浪底發(fā)電工程；（3）新疆達坂城風力發(fā)電；（4）秦山核電站；（5）羊八井地熱電站；（6）藍鯨一號南海開采可燃冰等?！纠}3】能源既是國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈，也是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要支柱。我省多地有效調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，穩(wěn)步發(fā)展安全高效的能源體系，合理利用圖所示三種發(fā)電方式，并取得了顯著成效。（1）火力發(fā)電常使用煤作燃料，煤、石油等化石能源于______（選填“可再生”或“不可再生”）能源；（2）B的能量轉(zhuǎn)化方式是把_______能轉(zhuǎn)化成電能；（3）與C相比，A、B發(fā)電的共同優(yōu)點是________（合理即可）?！敬鸢浮浚?）不可再生；（2）太陽；（3）綠色環(huán)保?！窘馕觥浚?）煤、石油等化石能源在短期內(nèi)都不能得到補充，所以是不可再生能源。（2）太陽能發(fā)電是通過光電轉(zhuǎn)化把太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。（3）與火力發(fā)電相比，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的共同優(yōu)點是節(jié)約資源、綠色環(huán)保、無廢渣廢氣排放。觀看能源消耗結(jié)構(gòu)圖，回答問題。閱讀課本第178～179頁《能源與可持續(xù)發(fā)展》，回答什么是不可再生能源和可再生能源，列舉實例?；卮鹞磥砝硐肽茉错殱M足的條件。觀看ppt，了解我國新能源開發(fā)和利用的一些實例。做例題3，了解能源的分類和轉(zhuǎn)化情況。課堂練習課堂練習1．人類的發(fā)展離不開能源，“碳達峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴承諾。對于能量和能源，下列說法中正確的是（）A．現(xiàn)代生活離不開電，電力是一次能源B．提高能量轉(zhuǎn)化效率是“節(jié)能減排”的重要措施之一C．新能源的開發(fā)和利用技術(shù)難、成本高，無實用價值D．能量既不能創(chuàng)造，也不會消滅，所以不用節(jié)約能源【答案】B。【詳解】A．電能是二次能源，是消耗一次能源得到的，故A錯誤；B．消耗能量時，有相當部分沒有被利用，所以提高能量轉(zhuǎn)化效率的重要措施之一是節(jié)能減排，故B正確；C．有些新能源存在開發(fā)技術(shù)難、成本高問題，但新能源安全、清潔，不會嚴重影響環(huán)境的優(yōu)點，故C錯誤；D．能量既不會憑空消失，也不會憑空產(chǎn)生，但其消耗具有方向性，所以一定得節(jié)約能源，故D錯誤。所以選B.2．近年，云南省大規(guī)模發(fā)展風能發(fā)電產(chǎn)業(yè)（如圖），風電利用小時數(shù)領(lǐng)先于全國其他省份。下列與風能同屬于可再生能源的是（）A．天然氣 B．石油 C．煤炭 D．太陽能【答案】D。

【詳解】ABC．天然氣、石油、煤炭是化石能源，短期內(nèi)不能從自然界得到補充，屬于不可再生能源，故ABC不符合題意；D．太陽能可以源源不斷的從自然界得到，屬于可再生能源，故D符合題意。所以選D。3．太陽是人類能源的寶庫。下列說法正確的是（）A．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性、不可逆的B．太陽能是太陽內(nèi)部氫原子核發(fā)生裂變釋放的能量C．太陽能是未來的理想能源之一，是不可再生能源D．中國空間站上用到的太陽能電池板是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為化學能【答案】A?！驹斀狻緼．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移使有方向性的，不可逆的。故A正確；B．在太陽內(nèi)部，氫原子核在超高溫作用下發(fā)生聚變，釋放巨大的核能，故B錯誤；C．太陽能可以長期提供或再生，屬于可再生能源，故C錯誤；D．太陽能電池板工作時，先將光能轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存在蓄電池中，故D錯誤。所以選A.4．我們生活在能量的世界，社會的進步和發(fā)展離不開能量。對于能量、能源的認識，下列說法正確的是（）A．做功過程實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程 B．能量轉(zhuǎn)化具有方向性，所以能量不守恒C．核燃料能量轉(zhuǎn)化效率可達100%，需大力發(fā)展 D．煤、石油、天然氣提供的能量源自地球本身【答案】A?！驹斀狻緼．能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體。做功過程實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程，故A正確；B．根據(jù)能量守恒定律可知，在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變，但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，不能反過來轉(zhuǎn)化，故B錯誤；C．由于不可避免的能量損耗，因此核燃料能量轉(zhuǎn)化不可能達到100%，故C錯誤；D．煤、石油、天然氣等來源于遠古時期動植物，而動植物的能量來源于太陽輻射能，故D錯誤。所以選A。5．我國紅沿河核電站核能供暖示范項目，利用核能發(fā)電的同時實現(xiàn)了清潔供暖。（1）核電站利用原子核______（選填“聚變”或“裂變”）釋放的核能發(fā)電；（2）核電站利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱進行供暖，提高了能量的利用率。供暖時，用水做輸運能量的介質(zhì)，是因為水的_______大；（3）在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量_____。但是在供暖過程中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反，這一現(xiàn)象說明能量的轉(zhuǎn)移具有___。【答案】（1）聚變；（2）比熱容；（3）方向性?！驹斀狻浚?）獲得核能的兩種途徑：核裂變和核聚變，核電站都是利用原子核裂變的鏈式反應(yīng)發(fā)電。（2）供暖的“暖氣”用水做輸運能量的介質(zhì)，是因為水的比熱容較大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，降低相同的溫度時，水放出的熱量多。（3）熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，說明能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性；能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中總量保持