第20章 能源、材料与社会 （备课精准教研） 九年级物理上学期

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第二十章

能源、材料与社会

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能源、材料与社会（全章）

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20.1能量转化与守恒拉长的橡皮筋你能说出下面物体都具有什么形式的能量吗？山巅的危石运动的足球西藏羊八井地热池食物太阳光情景引入：观察原来我们已经学习过机械能、电能、内能，下面将学习化学能、核能等由于化学反应而产生的能量木材燃烧时产生光和热就来源于木材里储存的化学能。人体运动所消耗的能量都来源于食物里储存的化学能。1、化学能一、多种形式的能量2、核能由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量原子弹爆炸核电站日常生活中这些常见物质都具有什么能量？交流与讨论电能转化成机械能机械能转化成电能二、能量的转移与转化电能转化成内能内能转化成电能各种形式的能量是可以相互转化的内能电能机械能火力发电机电炉电动机风力发电机火箭发动机摩擦生热能量形式发生改变你能说出下面这些物体能量之间是怎样转化的么？摩擦生热机械能转化为内能太阳能转化为内能太阳能热水器能量的转移能量形式不发生改变

碰撞时，物体之间会发生能量的转移3.地球上的大多数能量都来源于太阳光合作用不仅产生氧气，同时生成葡萄糖太阳能是地球上的主要能源生命中的能量转换3.地球上的大多数能量都来源于太阳今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。3.地球上的大多数能量都来源于太阳结论：在一定条件下,各种形式的能量都可以相互转化。1、能量从一个物体转移到另一个物体。2、能量从一种形式转化为另一种形式。大量的研究表明：自然界的能量是守恒的能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

三、能量守恒定律小球在摆动时，势能和动能相互转化，当小球到达最高处时，势能最大；随着小球的下降，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能转化为动能；当小球下降到最低点时，势能最小，动能最大小球在运动时与空气摩擦产生内能，所以不能永远运动下去想一想：玩具小丑在跳动过程中，能量是如何转化的？它遵守能量守恒定律吗？下降时：重力势能转化为弹性势能。上升时：弹性势能转化为重力势能。它遵守能量守恒定律，但能量的转化和转移具有方向性，一部分机械能会转化为内能，这部分内能不可能自动的转化为机械能如果没有能量的补充，小丑将最终停止运动。

人们为了满足生产对动力日益增多的需要，幻想制造一种机器，它不需要任何动力和燃料，却能不断地对外做功，这种机器称为“永动机”。

你认为这样的永动机可以制造成功吗？四、能量转移和转化的方向性2.“永动机”是不存在的假想中的永动机科学研究表明：能量的转化和转移具有方向性，在转化过程中由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为内能，这部分内能不可能自动的转化为机械能如果没有能量的补充，小球将最终停止运动，所以“永动机”是不能实现的

自然界中的事物的运动都必须遵循能量转化和守恒定律，但符合能量转化和守恒定律的事物却不一定能发生。（能量的转化和转移具有一定的方向性）一、多种形式的能量机械能、电能、内能、化学能、核能、……二、能量的转移和转化

三、能量守恒定律

四、能量转移与转化的方向性课堂小结

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20.2能源的开发和利用阅读下列材料，你有什么想说的？情景引入：观察自然界中部分能源情况自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需的能源。一、能源与社会能源的分类①可再生能源：可长期提供或可以再生的能源

如：太阳能、风能、水能以及动植物等②不可再生资源：一旦消耗就很难再生的能源

如：煤、石油、天然气和铀矿等矿物能源能源利用的几个阶段（1）人类对木材、水力、风力、畜力等

自然资源的利用；我国古代对水能的利用（2）大约在200多年前，由于煤的大量开采，人类利用能源的历史进入了一个崭新的时期。用煤作燃料的蒸汽机的发明，带来了人类历史上的第一次工业革命。各种机械以及交通工具的相继发明大大提高了社会生产力。随后，石油、天然气先后成为人类生产、生活广泛使用的能源。通过对电磁的研究，人类找到了开发和利用能源的新途径，各种电器设备的发明，使人们生活水平、生活质量得到极大的改善。（3）电能的利用为人类带来了一个光明、灿烂的新世界能源的大量开发和使用，也造成了环境污染与生态破坏石油泄漏造成的污染工厂的废气污染二、能源与环境雾霾中的北京全球暖化导致北极熊饥不择食大熊吃小熊泄露的石油会污染海洋、煤燃烧产生的二氧化碳和烟尘会造成空气污染、温室效应……怎样解决利用能源与保护环境的问题呢？太阳能

太阳能是取之不尽，用之不竭的天然能源，而且是一种“清洁”的能源，不会带来环境污染问题。三、开发新能源

太阳能热水器的工作原理：太阳光的照射使加热管内水的温度上升，由于热水的密度比冷水小，管内的热水不断上升并储存在储水箱上部；同时，储水箱内温度较低的水下降到加热管内，通过水的不断对流，最终使得储水箱内的温度升高。太阳能核能原子核发生改变所产生的能量（1）利用核裂变释放能量；

核能的开发和利用可以采用两种方法：

核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。

原子弹就是根据这个原理制造的一种核武器。核聚变释放能量

核聚变是较轻的原子核结合为较重的原子核的一种核反应。氢弹就是根据这个原理制造的一种威力比原子弹更大的核武器。

利用核能发电是人们利用核能的一个重要方向。目前，世界上已经利用核裂变原理建成了许多核能发电站。秦山核电站地热能

地球内部蕴藏着大量的热。在有地热资源的地方可以开发的利用地热能发电。羊八井地热电站潮汐能

月球、太阳对地球的引力作用产生了潮汐。每天，涨潮与落潮蕴藏着巨大的能量，这种能量可以用来发电。江厦潮汐电站涨潮时：潮水从导流管流入水库的同时推动水轮机转动，水轮机带动发电机发电。随着潮水的不断涌入，水库水位逐渐上涨，储存能量。退潮时：海水奔腾而去，水位陆续下降，水库的水流从导流孔流向大海，推动水轮机再次转动，水轮机又一次带动发电机发电。风能

风具有很大的能量。人们很早就学会了利用风能，行船、抽水、磨谷……

风能还可以用来发电。风力发电站开发新能源太阳能核能其他新能源来源优缺点利用光转化为电光转化为热获取核能的途径裂变聚变地热能潮汐能风能和平利用核能课堂小结

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20.3材料的开发和利用课桌、书本、黑板、道路、桥梁、首饰……这些物质都是由不同材料制成的，那么人类社会是怎样认识、开发、利用这些材料的呢？情景引入：观察人类使用材料的历史已经历了以下几个时代:为石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽时代、电气时代、电子信息时代1、石器时代（400,000~4,500）人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一一、材料与社会2、青铜时代（4,500~1,000）大量使用青铜作为第一种合金做工具、青铜礼器的时期3、铁器时代（1000—）人类使用铁来制造工具和武器4、蒸汽时代（18世纪60年代）人类开始了第一次工业革命，并创造了巨大的生产力，人类进入“蒸汽时代”5、电气时代（19世纪70年代）今天所使用的电灯、电话都是在在第二次工业革命中被发明出来的，人类由此进入“电气时代”。6、电子信息时代（20世纪四五十年代）以原子能技术、航天技术和电子计算机的运用为代表的第三次科技革命开始兴起，它将人类社会带入了电子信息时代

根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。1、容易导电的材料是导体，例如：各种金属、大地、人体、酸碱盐的水溶液。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常用来制成导线。二、材料的导电性2.不容易导电的材料是绝缘体，例如：玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、纸、油等材料。实验探究：导体与绝缘体实验材料：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、待测材料。实验设计：在右边方框中，自己设计一个实验电路，进行实验，判定待测材料是导体还是绝缘体。实验过程及结论：绿色为待测材料，如果闭合开关，小灯亮，则待测材料为导体，若小灯不亮，则为绝缘体。3、半导体材料有硅、锗、砷化镓等，半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可以用来放大电信号。实验探究：半导体二极管单向导电特性实验材料：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、半导体二极管。实验设计：在右边方框中，自己设计一个实验电路，进行实验，判定半导体二极管导电特性。图1图2实验过程：将半导体二极管分别如图所示进行连接，闭合开关，观察小灯是否亮起实验结论，如图1所示灯泡亮起，如图2所示，灯泡不亮，说明半导体二极管具有单向导电性。1、超导材料汞的电阻随温度变化情况1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K时，汞的电阻几乎为零。从而发现超导现象。发生超导现象的材料叫超导材料，超导材料不仅电阻为零，而且还存在其他引人注目的特性。三、开发新材料

超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电，是因为超导输电线可以无损耗的输送极大地电流。这意味着用细电线就可以输送强电流很细的超导丝就可以输送强大的电流

超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将大大提高交通工具的运行速度。20世纪末，人们对超导列车、超导船进行了可行性实验。2、纳米材料

纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1—100nm范围内的材料，这大约相当于10—1000个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。人们正在研制纳米尺度的微小机器，由纳米材料制成的导线将大大提高计算机的性能，并缩小计算机芯片的体积。用纳米技术做成的量子磁盘，每平方厘米面积内可贮存3万部《红楼梦》。

纳米虽是一个尺度单位，但却成为近年来最时髦的商业“亮点”——“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装”等概念盛行一时。它们都是真纳米吗？目前市场上的纳米产品，往往给人们带来一些误解。比如纳米冰箱，通常是添加了氧化钛的纳米无机物，具备了一定的抗菌性能；所谓纳米洗衣机，也只能说是添加了纳米材料的洗衣机，而且纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机外桶的内壁上，对于