初中物理人教版九年级全册第4节 能源与可持续发展优秀学案设计

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1. 知道能量的转移和转化都是有方向性的。
2. 认识伴随大量能源消耗对环境的影响问题，对于能源开发利用有可持续发展的意识。
3. 了解未来理想能源的特征。
【学习重点】
能源的分类，能源消耗对环境的影响，开发新能源。
【学习难点】能量转化的方向性。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1.能量的转化和转移都是具有 性，人们在能量的转化和转移的过程中利用 ，能源的利用是有条件的，并不是所有能源都能利用，所以要 能源。
2. 能源消耗对环境的影响： 污染、大气污染、 效应、生态破坏、有害辐射、废物污染。
3. 不可再生能源：像 能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源。可再生能源：像风能、 能、 能等可以在自然界里源源不断地得到的能源。
4. 未来理想能源：必须足够 ；必须足够便宜；必须技术成熟；必须安全、清洁。
【合作探究】
探究一、能量转移和能量转化的方向性
1. 能量转移具有方向性
（1）探究能量转移具有方向性
①实例一：把一杯水放到温度较高的环境中，水是否会自动变热？把水放到温度较低的环境中，水是否会自动变热？
【现象】若把水放到温度较高的环境中，水吸收热量，温度 ，内能 。若把水放到温度较低的环境中，水放出热量，温度降低，内能 。水的内能会传给空气，水 变热（选填“会”或“不会”）。
【分析】这是因为在热传递的过程中，热量只能自发地从 温物体转移到 温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体。
你见过生活中热量从低温物体转移到高温物体的吗？
②实例二：如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的 。例如，电冰箱工作时将热量从温度较低的内部转移到温度较高的外部，需要消耗额外的 能。
（2）探究归纳
在热传递的过程中，能量总是自发地从 物体转移到 物体，不能相反。所以能量的转移具有 性。
2. 能量转化具有方向性
（1）探究能量转化具有方向性
①实例一：火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。用电器将电能转化为内能、光能、机械能多种形式的能后，但是这些能量无法再变回可以被 的能源。
②实例二：汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的 能，但这些能量不能自动地收集起来再次驱动汽车。这些能量虽然没有消失，但也不能再被我们 。
（2）探究归纳：能量的 具有 。
3. 综合上述探究可得出结论：能量的转移和转化具有方向性。
4. 节约能源
实际上，能量的转化、能量的转移，都是有方向性的，人们是在能量的转化或转移的过程中利用
能量的。有些能量可以利用，有些则不能。能源的利用是有 的，我们所能利用的能源是 的，
所以需要 能源。
【例题1】如图甲所示，用两个玻璃杯做“棉纱滴水实验”，过一段时间后 （a/b）杯中的棉纱末端有水滴出。图乙为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，图中损失的化学能可以使质量为8kg的水温度升高 ℃[水的比热容为4.2×103 J/（kg⋅℃）]。轿车刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能不能自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。

探究二、能源消耗对环境的影响
人类消耗各种能源时给自己带来了便利，不可避免地对环境造成影响，对环境造成了污染。例如，化石能源是现代的主要能源。化石燃料在燃烧利用过程中, 产生的各种气体与固体废物和余热对环境造成污染。
【想一想】能源消耗对环境有哪些影响？
1. 能源消耗对环境的影响，主要体现在以下几个方面
（1）热污染
化石能源通过燃烧转化为 能，相当一部分内能没有被有效利用，从而造成了热污染。汽车 是造成空气污染和城市热岛效应的罪魁祸首之一。

（2）大气污染
化石能源在使用中会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等，会造成大气的污染，形成 ，导致水、土壤的酸化，对植物、建筑物、金属构件造成危害.
①酸雨
酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。例如燃料燃烧生成的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有害物质。
②酸雨的危害
酸雨可导致土壤酸化。土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒死亡。
（3）温室效应
温室效应是指透射阳光的空间由于与外界缺乏热对流而形成的保温效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，给地球穿上了一件保暖羽绒服。而燃料燃烧产生的大量二氧化碳，大大加剧了地球的温室效应。 温室效应会造成全球气候变暖，冰川融化，海平面上升，出现极端高温、干旱、飓风、许多生物物种灭绝，也给人类带来直接威胁。

（4）生态破坏：一些欠发达地区过分依靠柴薪能源，破坏了森林和植被，加剧水土流失和土地荒漠化。
（5）有害辐射：核能的开发和利用，并不绝对清洁和安全的，处理不当或遇到特殊情况（如地震）发生核泄漏时，会对环境造成严重的辐射危害。2011年3月12日，地震导致福岛第一核电站、第二核电站电厂的放射性物质泄漏到外部。
（6）废物污染：煤、柴薪等能源在使用后，会产生废物，对环境也会造成一定的污染.
2. 想想议议
在消耗各种能源时，对环境造成怎样的破坏呢？用“√”表示大量消耗能源对环境会有明显的破坏，用“×”表示对环境不会造成明显的破坏。
3. 利用能源的建议
（1）人类不应当无限制地向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然环境的和谐与平衡。
（2）不要因为利用能源时会对环境造成污染而停止使用能源，也不能为了促进文明和社会的发展而过量使用能源，对环境造成严重污染。使用能源和保护环境可以做到有机地统一、和谐地发展。要解决这个问题，当然离不开科学技术的进步和社会的发展。
【例题2】空气中的二氧化碳、甲烷、水汽等物质能让太阳发出的热顺利地通过，到达地球，但却阻碍地表反射的热散发到大气层外，大气的这种保暖作用称作_______效应；而城市的平均气温要比周围的乡村高一些，这种现象称为______效应，它给城市和乡村的环境带来了不利的影响。
探究三、能源与可持续发展
【想一想】请观看我国目前的能源消耗结构图，发现什么问题？
我国目前能源消耗结构
【分析】煤和石油是现在人们使用的主要能源。按现在的能源消耗计算，世界上的煤、石油和天然气等化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。同时大量消耗常规能源带来了环境问题。
【想一想】开发未来理想能源是人类发展所要解决的重要课题。你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？
1. 可持续发展的两个方向
能源的利用要考虑持续性发展，既要满足当代人的需要，又要考虑后代人的需求。
（1）提高能源的 ，减少在能源使用中对环境的破坏。
（2）开发和利用新的 能源。
2. 不可再生能源和可再生能源
（1）不可再生能源
像 、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源。由于全世界能源的消耗逐年上涨，这些不可再生能源会在不太长的时间内消耗殆尽。
（2）可再生能源
像风能、 能、 能等可以在自然界里源源不断地得到，所以把它们称为可再生能源。可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。
3. 未来理想能源
未来理想能源须满足的条件：必须足够丰富，可保证长期 ；必须足够便宜，可保证 人用的起；相关技术要成熟，可保证大规模使用；必须足够安全、 ，可保证不会严重影响环境。
【想想议议】你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？
【分析】 有可能成为今后的理想能源，因为这些能源既可以循环使用，又不会对环境产生破坏和污染。
4. 我国新能源开发和利用的一些实例
（1）敦煌光伏电站吸热塔；（2）河南黄河小浪底发电工程；（3）新疆达坂城风力发电；（4）秦山核电站；（5）羊八井地热电站；（6）蓝鲸一号南海开采可燃冰等。
【例题3】能源既是国家经济发展的命脉，也是国家发展战略的重要支柱。我省多地有效调整能源结构，稳步发展安全高效的能源体系，合理利用图所示三种发电方式，并取得了显著成效。
（1）火力发电常使用煤作燃料，煤、石油等化石能源于______（选填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）B的能量转化方式是把_______ 能转化成电能；
（3）与C相比，A、B发电的共同优点是________（合理即可）。
【精讲点拨】
1. 能量的转移和转化都是有方向性的。我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，因此，并不是什么能量都可以利用，能源的利用是有条件的，所以需要节约能源。
2. 按照能源是否可再生分为：不可再生能源和可再生能源。以风能、水能、太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。
3. 未来理想能源：必须足够丰富；必须足够便宜；必须技术成熟；必须安全、清洁。未来理想的能源是太阳能与氢能。
【归纳整理】
第4节 能源与可持续发展
【课堂练习】
1．人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法中正确的是（ ）
A．现代生活离不开电，电力是一次能源
B．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一
C．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值
D．能量既不能创造，也不会消灭，所以不用节约能源
2．近年，云南省大规模发展风能发电产业（如图），风电利用小时数领先于全国其他省份。下列与风能同属于可再生能源的是（ ）
A．天然气 B．石油 C．煤炭 D．太阳能
3．太阳是人类能源的宝库。下列说法正确的是（ ）
A．能量的转化和转移是有方向性、不可逆的
B．太阳能是太阳内部氢原子核发生裂变释放的能量
C．太阳能是未来的理想能源之一，是不可再生能源
D．中国空间站上用到的太阳能电池板是将太阳能直接转化为化学能
4．我们生活在能量的世界，社会的进步和发展离不开能量。对于能量、能源的认识，下列说法正确的是（ ）
A．做功过程实质是能量的转化或转移过程
B．能量转化具有方向性，所以能量不守恒
C．核燃料能量转化效率可达100%，需大力发展
D．煤、石油、天然气提供的能量源自地球本身
5．我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电的同时实现了清洁供暖。
（1）核电站利用原子核______（选填“聚变”或“裂变”）释放的核能发电；
（2）核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能量的介质，是因为水的_______大；
（3）在能量转化和转移的过程中，能量的总量_____。但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有___。
6. 如图1是汽油机某次工作时的能量分布图。
（1）这次工作，汽油机的效率η= ；
（2）汽油的热值是4.6×107J/kg，汽油机要获得该次工作时的所有能量需要完全燃烧 kg的汽油；
（3）下列能源中，其特性可以用如图2的阴影部分表示的是 。
A．汽油 B．核能 C．电能 D．太阳能
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？