人教版九年级物理下册第二十二章《能源与可持续发展》同步教学设计

人教版九年级物理下册第二十二章《能源与可持续发展》同步教学设计第1节能源知识与技能：1．通过实例了解自然界中有哪些不同形式的能量。2．常识性了解能源的概念和分类。3．初步了解人类利用能源的发展历程，了解人类能源消耗的增长状况。过程与方法：通过图文结合的方式，联系生活实际，培养学生收集和提取信息的能力。情感、态度与价值观：1．从能源问题到能源科学引发学生的学习兴趣和学习欲望。2．认识科学对人类社会发展的负面影响，提高节能意识和环保意识，并在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所贡献。重点：了解什么是能源。难点：能源的分类。多媒体课件。一、情景导入石油是许多国家的主要能源，伊拉克是盛产石油的中东国家之一。2003年3月20日，以英美军队为主的联合部队以伊拉克藏有大规模杀伤性武器并暗中支持恐怖分子为由，对伊拉克发动了7年多的军事行动，摧毁了以萨达姆为首的伊拉克政权，你知道导致这场战争的真正原因是什么吗？同学们，从能源的角度出发，这其实是一场美国为争夺石油资源而发动的战争。你们知道什么是能源吗？你知道能源为什么这么重要吗？二、合作探究人类利用能源的历程1．能源eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))电能只是人类生活、生产活动中广为使用的能量中的一种，人类的生活、生产活动无法离开能量的使用。我们每天要吃饭、喝水，用什么来煮饭、烧水呢？(学生回答：煮饭、烧水需要煤、煤气、柴薪、天然气等)要开动汽车、火车、飞机等交通工具需要消耗什么呢？(学生回答：开动交通工具需要汽油、柴油、电能等)煤、煤气、柴薪、天然气、汽油、柴油等它们在起什么作用？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示图片：eq\o(\s\up7(),\s\do5(交流讨论))同学们交流讨论什么是能源？阐明自己的观点。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))像煤、天然气、石油、风、电、太阳光等能够提供能量的物质资源，我们都把它们叫做能源。eq\o(\s\up7(),\s\do5(材料拓展))煤的形成煤是古代植物遗体的堆积层埋在地下后，经过长时期的地质作用而形成的。据研究，几乎所有的植物遗体，只要具备了形成煤的条件，都可以转化成煤。不过，低等植物遗体所形成的煤，分布范围小，厚度薄，很少被人利用。那些分布广、规模大、利用广泛的煤，都是高等植物的遗体(主要是古代的蕨类、松柏类以及一些被子植物的遗体)形成的。在地球的历史上，最有利于成煤的地质年代主要是晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪以及新生代的第三纪。这是因为，在这几个时期内，地球上的气候非常温暖潮湿，地球表面到处长满了高大的绿色植物，尤其在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里，封印木、鳞木等古代蕨类植物生长得特别茂盛。当时，高大的树木倒下以后，若是被水淹没，就会造成倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里，植物遗体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加，最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下，不断地被分解，又不断地化合，渐渐形成了泥炭层，这是煤的形成的第一步。由于地壳的运动，泥炭层下沉了。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时，泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力，另一方面，也是更重要的方面，泥炭层又受到地热的作用。在这样的条件下，泥炭层开始进一步发生变化：先是脱水，被压紧，从而比重加大，而且石炭的含量逐渐增加，氧的含量逐渐减少，腐蚀性物质的含量逐渐降低。完成这几个过程以后，泥炭就变成了褐煤。褐煤如果继续不断地受到增加的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。2．人类利用能源的历程eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)钻木取火这项技术的出现，使人类实现了从利用自然火到利用人工火的转变，开启了人类以柴薪为主要能源的时代。现在，柴薪仍是某些发展中国家的重要生活能源。钻木取火——人类最早的“技术革命”(2)蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类成功地将燃烧获取的内能转化为机械能，实现了以机械动力大规模代替人力和畜力的新时代，人类的主要能源从柴薪转向煤。蒸汽机的利用——人类进入工业化社会(3)电能的利用给人类带来了一个光明、灿烂的新世界。(4)开发和利用核能成为人类获取能量的一个新途径。3．柴薪能源与化石能源eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)柴薪主要通过砍伐森林获得，大面积的砍伐森林严重破坏地球的生态平衡。同时由于燃烧柴薪获取能量的效率较低，人类仍需要开发其他的能源。(2)煤、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为化石能源。4．能源的分类eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))什么叫做一次能源？什么叫做二次能源？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)像化石能源这样可以直接从自然界获得的能源称为一次能源。风能、水能、太阳能、地热能以及核能等均属于一次能源。煤、石油、天然气这三种能源是当今世界一次能源的三大支柱。(2)无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源称为二次能源。电能属于二次能源。21世纪的能源趋势eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))人类在不断发展进步，能源的利用也在发生变化，21世纪能源的利用将会呈现什么样的趋势呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示图片：eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)化石能源是现代人类文明所需的主要能源，而且化石能源开发利用后不能再生，如果长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽，所以开发新能源至关重要。(2)20世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。第1节能源eq\x(能源)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(能源)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(分类)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—一次能源,—二次能源)),—\x(能源的利用))),—\x(21世纪的能源趋势)))见学生用书。要让学生从生活实践中认识到能源是人类不可缺少的。了解几种常见的能源，认识到开发能源与节约能源同等重要，认识到开发能源与保护能源同等重要。要让学生明白解决能源危机的几种重要途径，认识到在目前形势下，解决能源危机的关键是提高能量转化的效率和节约能源。

第2节核能知识与技能：1．了解核能的由来，知道核能的优点和可能带来的问题。2．了解原子、原子核的结构。3．了解核裂变和核聚变。过程与方法：通过阅读资料和讨论，培养学生的观察、分析问题以及解决问题的能力。情感、态度与价值观：通过图文结合的学习方式，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，培养学生热爱科学的情感。重点：核能的由来及优点和利用核能可能带来的问题。难点：核聚变、核裂变的过程。多媒体课件。一、情景导入eq\o(\s\up7(),\s\do5(情景1))同学们，你们知道广岛吗？1945年8月6日，美国向日本广岛投下第一颗原子弹，该城大部分被摧毁。据日本有关部门统计，因广岛原子弹轰炸而死去的人已达20万。为什么原子弹的威力这么大？你想知道它的原理吗？学习了本节知识后你就会明白了。eq\o(\s\up7(),\s\do5(情景2))多媒体播放原子弹爆炸的视频。(视频详见教学课件)原子核在发生变化时，会释放出巨大的能量，那么你了解原子的结构吗？核能是如何产生的呢？通过本节课的学习，你就能找到答案了。二、合作探究核能eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示原子结构并回忆原子的结构组成。eq\o(\s\up7(),\s\do5(交流讨论))同学们交流讨论原子核是原子中最小的结构吗？电子为什么会绕核运动？eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))原子是由原子核和核外电子组成的，电子在绕核运动。原子核也是可分的，它是由质子和中子组成的。原子核中的质子带正电，电子带负电，原子核吸引电子绕核运动。原子的质量几乎集中在原子核中，质子和中子的质量几乎相同。原子核的体积相对于原子的体积来说非常小，相当于足球场上的一个鸡蛋。质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此十分牢固，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者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。裂变1．裂变条件eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体播放核裂变视频。(视频详见教学课件)eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))发生核裂变的条件是什么呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。2．链式反应eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))外界中子停止轰击，裂变是否也就停止了？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)多媒体展示图片：用火柴模拟链式反应。(2)多媒体播放视频：链式反应。(视频详见教学课件)eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会继续轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。3．核裂变的利用eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的。若不加控制，会造成怎样的后果呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示图片：核电站、原子弹。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链式反应的场所。(2)链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放巨大的能量，产生极大的破坏性，就如前面所见的原子弹。聚变eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)多媒体展示图片：(2)多媒体播放视频：氢弹爆炸。(视频详见教学课件)eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)将质量较小的原子核结合起来，也会释放出巨大的核能。(2)氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量的核能。这一过程就是聚变。(3)氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。eq\o(\s\up7(),\s\do5(材料拓展))氢弹氢弹的杀伤力巨大，不仅爆炸时会产生巨大的热量，而且还会释放出各种射线。三相弹是目前装备得最多的一种氢弹，它的特点是威力和比威力都比较大。在三相弹的总威力中，裂变当量所占的份额相当高。一枚威力为几百万吨TNT当量的三相弹，裂变份额一般在50%左右，放射性污染较严重，所以有时也称之为“脏弹”。氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能，要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此，比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。当基本结构相同时，氢弹的比威力随其重量的增加而增加。二十世纪六十年代中期，大型氢弹的比威力已达到了很高的水平。小型氢弹则经过了六十年代和七十年代的发展，比威力也有较大幅度的提高。第2节核能eq\x(\a\al(核,能))—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(原子)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(原子核)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—质子,—中子)),—\x(核外电子))),—\x(核能)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(裂变)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—定义：重核分裂成两个质量相,近的原子核，同时释放,巨大的核能,—链式反应,—应用：原子核、核电站)),—\x(聚变)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—定义：某些质量很小的原子,核，在超高温下结合,成新的原子核，会释,放出巨大的核能,—应用：氢弹))))))见学生用书。在学习知识的同时，向学生渗透环保意识。科学技术是一把双刃剑，它可以造福人类，也可以给人类带来灭顶之灾。尽管人类在和平利用核能，但也有控制不好，出现事故的时候。例如：切尔诺贝利核电站。在课堂上，我除了让学生阅读课本上的资料以外，还大量搜集了关于切尔诺贝利核泄漏的文字记载，展示给学生看，学生们在灾难的记载面前目瞪口呆，同时也深刻地感受到了环保的重要性。在学习知识的同时，进行爱国主义教育。告诉学生，我国自古以来一直是维护世界和平的捍卫者。

第3节太阳能知识与技能：1．了解太阳能是人类能源的宝库。2．了解一些与太阳能有关的知识。3．知道利用太阳能的方式。过程与方法：通过自主学习的方式，培养学生的观察能力及运用物理知识解决实际问题的能力。情感、态度与价值观：由太阳能的优点和利用的有限性增加学生学习的动力和创造欲望。重点：太阳能的来源和利用。难点：太阳能的来源。多媒体课件。一、情景导入多媒体展示图片：太阳。动植物的生长、人类的活动都无法离开太阳。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？人类是否能够从距离地球1.5亿千米远处的太阳上获取所需的能源？这节课就让我们一起来研究太阳能。二、合作探究太阳——巨大的“核能火炉”eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示图片：太阳的结构。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)太阳距地球1.5亿千米，它的直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心的温度高达1500万摄氏度。(2)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。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。(3)太阳表面温度约6000℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。eq\o(\s\up7(),\s\do5(材料拓展))太阳太阳在浩瀚的宇宙中谈不上有什么特殊性，组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而太阳只是其中中等大小的一颗。太阳的年龄近五十亿岁，正处在它一生中的中年时期。作为太阳系的中心，地球上所有生物的生长都直接或间接地需要它所提供的光和热。太阳对太阳系而言是一个有着巨大影响并占支配地位的天体。太阳的直径达一百四十多万公里，是地球直径的一百多倍；其质量占整个太阳系的99.8%。要用一百多个地球才能填满太阳的圆面，而它的内部则能容纳大约一百三十万个地球。太阳内核的温度高达一千五百万摄氏度，在那儿发生着氢－氦核聚变反应。核聚变反应每秒钟要消耗掉约五百万吨的物质，并转换成能量以光子的形式释放出来。这些光子从太阳中心到达太阳表面要花一百多万年。光子从太阳中心出发后先要经过辐射带，沿途与原子微粒的碰撞会丢失能量。随后要经过对流带，光子的能量被炽热的气体吸收，气体在对流中向太阳表面传递能量。到达对流带边缘后，光子已经冷却到五千五百摄氏度了。我们所能直接看到的是位于太阳表面的光球层。光球层比较活跃，温度约为六千多摄氏度，属于比较“凉爽”的部分。光球层上有一个个起伏的对流单元“米粒”。每个“米粒”的直径在一千六百公里左右，它们是一个个从太阳内部升上来的热气流的顶部。就是在不断地对流活动中，太阳每秒钟向宇宙空间释放着相当于一千亿个百万吨级核弹的能量。在光球层的某些局部温度比较低，在可见光范围内这些部位就显得比其他地方黑暗，人们称之为“黑子”。光球层外包裹着色球层，太阳将能量通过色球层向外传递。这一层中有太阳耀斑，所谓耀斑是黑子形成前产生的灼热氢云。色球层之外是太阳大气的最外层日冕。日冕非常庞大，可以向太空绵延数百万公里，但只有在日全食时才可看到它。人们可以在日冕中看到从色球层顶端产生的巨大火焰“日珥”。在辐射光和热的同时，太阳也产生一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒四百五十公里的速度向宇宙空间辐射。地球和其他某些行星的极光也是太阳风带来的。如果一段时间内太阳风异常强大，便形成了太阳风暴。太阳的磁场极其强大复杂，其范围甚至越过了冥王星轨道。太阳已经近五十亿岁了，它还可以继续平静地燃烧约五十亿年。五十亿年后，太阳内部的氦将转变成更重的元素，亮度会增加到现在的2倍，体积也将不断膨胀，水星、金星和地球都将进入它的大气。在经历一亿年的红巨星阶段后，太阳将耗尽所有能源而坍缩成一颗白矮星，并通过向宇宙空间抛射物质而形成一个行星状星云。太阳是人类能源的宝库eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))能源与我们的日常生活息息相关。今天我们利用的各种能源都是从哪里来的呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))多媒体展示图片：石油、天然气的形成，煤的形成。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。(2)今天，我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。太阳能的利用eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))人类除了间接利用存贮在化石燃料中的太阳能外，还设法直接利用太阳能。如图，是人类直接利用太阳能的两种方式。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))目前直接利用太阳能的方式主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能。第3节太阳能eq\x(太阳能)—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(\a\al(太阳——巨,大的“核能,火炉”))—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—发生：太阳内部发生聚变，释,放出巨大的能量,—\a\vs4\al(辐射形式：大部分太阳能以热和,光的形式辐射出去))),—\x(太阳能——人类能源的宝库),—\x(太阳能的利用)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(\a\al(直接,利用))—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—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,转化为电能（光电转换）)),—\x(\a\al(间接,利用))—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—①绿色植物进行光合作用，,将光能转化为生物质能，储,存在植物体内（光化转换）,—②风能（光机转换）)))),—\x(太阳能的优、缺点)))见学生用书。通过本节课的学习，学生收获了不少知识。了解到了太阳能的产生机理，对太阳能有了新的认识，知道太阳能是人类能源的宝库以及目前人类直接利用太阳能的方法。在分析煤、石油和天然气的形成过程中，通过详细的图片展示，激发学生的学习兴趣，突破常规的说教讲解过程，将枯燥的知识形象化、生动化。同时在课堂上鼓励学生多动脑、多实践，给他们相对充裕的时间，他们会学有所得。同时也要培养他们严谨的科学态度，潜移默化地教给他们正确的科学方法。另外还要通过种种措施和手段，激发学生在课后仍然保持科学探究的热情，由课内到课外、由被动到主动，逐渐使学生养成自主学习、勤于思考的好习惯。第4节能源与可持续发展知识与技能：1．知道能量的转移和转化都是有方向性的。2．了解能源利用对环境的影响。3．了解新能源的开发、利用及其优点。过程与方法：通过收集信息、阅读资料，从可持续发展角度分析能源、资源及日常生活的诸多现象，提出自己的观点及可行的做法。情感、态度与价值观：让学生参与到教学环节中，激发学生的学习兴趣，进一步增强学生的节能意识和环保意识。重点：了解世界和我国的能源状况。难点：能量转移和转化具有方向性。多媒体课件。一、情景导入多媒体展示图片：能源危机。同学们，我们知道能源并不是取之不尽、用之不竭的，有些能源会越用越少，直到最后消失。怎样让我们的社会能够持续发展下去呢？这是一个世界性的问题，我们也来探究一下吧！二、合作探究能量转移和能量转化的方向性eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))既然能量是守恒的，那么地球上的能量就不会减少了，为什么还需要节约能源呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))(1)汽车行驶过程中，消耗了汽油中的化学能，得到了机械能，此外一部分机械能转化为内能散失了，而这些内能无法再自动汇集起来用于驱动汽车。(2)开水放在室温环境中将一杯开水放于室温环境中，过一段时间，开水变凉了，即开水的内能转移到空气中去了，而这些内能不会再自动回到开水中使水变热。eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)能量的转化和转移具有方向性，有些能量可以利用，有些则不能。(2)我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。能源消耗对环境的影响eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))人类在消耗能源的过程中，会对我们的环境带来哪些影响呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(多媒体展示))eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)化石能源的使用产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的温室效应。(2)燃料燃烧还生成二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质。(3)保护环境，控制和消除大气污染，已成为当前世界需要解决的重要课题。能源与可持续发展eq\o(\s\up7(),\s\do5(提出问题))能源不是取之不尽、用之不竭的，能源的利用既要满足当代人的需要，又要考虑后人的需求。我们应如何来实现能源的可持续发展呢？eq\o(\s\up7(),\s\do5(归纳总结))(1)能源按是否可以再生可分为：①不可再生能源：不能在短期内从自然界得到补充的能源。如：煤、石油、天然气、核能。②可再生能源：可以在自然界里源源不断地得到的能源。如：水能、风能、太阳能等。(2)保持能源的可持续发展，一是要不断提高能源的利用率，减少在能源使用中对环境的破坏；二是积极开发新能源。(3)未来的理想能源必须满足以下条件：①必须足够丰富，可以保证长期使用；②必须足够便宜，可以保证多数人用得起；③相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；④必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。(4)目前有些能源的利用技术不够成熟，不能满足大规模使用的要求，如太阳能、裂变核能；但也有可能还存在没