人教版九年级物理(初中)第二十二章 能源与可持续发展(共4节)

第1节能源第二十二章能源与可持续发展
人教版九年级物理（初中）
想想议议
人类的生活、生产活动，离不开能量的使用。

你知道使用的这些能量来源于哪里？什么物质提供的吗？
金属冶炼
生火做饭火车行驶
三峡水电站是世界上最大的水力发电站，它通过提高上游的水位增加水的势能，高水位的水向下流使水轮机转动并带动发电机发电，从而向人类提供电能。

你知道水电站是怎样提供电能的吗？
三峡大坝
水轮机发电机组三峡水电站的发电原理
能源：能够提供能量的物质资源。

如煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等．
各种能源的广泛利用，极大地促进了人类文明的发展。

煤
汽油水能
一、能源
风能
1.
火的利用
钻木取火—最早的“技术革命”（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。

柴薪主要通过砍伐树木获得
大面积的砍伐树木会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）柴薪是一种数量巨大、能够方便获取的能源。

人类以柴薪为主要能源的时代，持续了近一万年。

现在，柴薪仍是某些地区的重
要生活能源。

2.蒸汽机的利用
（1）蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑
蒸汽机的发明令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热值更高的煤。

使用畜力利用水能蒸汽机的利用—人类进入工业化社会
（2）煤炭时期：13世纪开采，18世纪中大规模开采。

20世纪60年代石油的利用超过了煤。

1769年瓦特发明蒸汽机，热机为代表的以化石能源为动力的各种机械,引发了世界性的第一次工业革命.
（3）化石能源
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
人类利用能源史上两次划时代革命转折,即煤炭代替柴薪成为主要能源.石油取代煤炭居于主导地位,创造了世界经济发展的奇迹.
石油和天然气的形成煤的形成
（4）化石能源是当今世界的主要能源。

(1)电磁感应现象的发现以及发电机的发明，使煤、石油等化石能源被转换成更加便于输送和利用的电能.
3.电能的使用
电能的大规模使用使人类的生产活动进入现代化时代
为什么很多地方要使用电能，而不直接使用一次能源呢？
(2)电能便于输送和转化成其他形式的能量
问题
电能的输送电能的转化
二、人类利用能源的历程
根据不同的分类标准，对能源进行分类
1.按能源来源分：
（1）一次能源：可以从自然界直接获取的能源。

常见的一次能源：
煤、石油、天然气、风能、水能、地热能、太阳能、核能等。

（2）二次能源：由一次能源经过加工得到的能源。

常见的二次能源：
电能、汽油、柴油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等。

2.按是否可再生来分：
（1）可再生能源：可以在自然界里源源不断地得到，如：水能、风能、太阳能、生物质能。

（2）不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充，如：化石能源、核能。

3.按利用的时间分：
（1）常规能源：人类已经利用多年的能源。

如：化石能源、水能等。

（2）新能源：新近才开始利用的能源。

如：核能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、风能等。

4.按提供能源的物质来分：
生物质能、化石能源、核能、风能、太阳能、地热能、海洋能等
.
生物质能：由生命物质提供的能量，如食物、木柴等。

1．能源消耗急剧增长
由于世界人口急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。

特别是近几十年，能源的消耗增长速度明显加快。

如果把全世界的能源消耗折合成热值为
2.93╳107J/kg的标准煤计算，1950年为26亿吨，
1987年为110亿吨，2003年接近140亿吨，2007
年达到160亿吨。

2.化石能源缺点
（1）化石能源是现代人类文明所需的主要能源。

由于其属于不可再生的资源，所以总有使用殆尽的一天。

（2）在开采和使用化石能源的过程中，对环境破坏十分严重。

所以开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围的重要课题。

3．核能发电
20世纪40年代，科学家发明了可控核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。

我国在核能利用方面走在世界前列，已经建
造了大亚湾、泰山等十多座核电站。

核能内能机械能电能
本堂难点：知道哪些能源是一次能源，哪些能源是二次能源。

考点一：一次能源和二次能源的辨别
（2019威海）下列关于太阳能的说法，错误的是（
）A ．太阳能是一次能源
B ．太阳能是由核聚变产生的
C ．当前我国能源消费以直接利用太阳能为主
D ．太阳能是可再生能源C 【典型例题1】
【迁移训练1】
（2019 湘潭）下列有关能源的说法正确的是（）
D A．石油是二次能源
B．煤炭的大量燃烧不会导致温室效应
C．天然气是可再生能源
D．太阳能可转化为电能
考点二：可再生能源和不可再生能源的辨别
【典型例题2】
（2019 郴州）自然界有些能源一旦消耗就很难再生，因此我们要节约能源。

下列能源属于不A
可再生能源的是( )
A．石油
B．风能
C．水能
D．太阳能
【迁移训练2】
A (2019 怀化)下列属于不可再生能源的是( )
A.煤
B.风能
C.太阳能
D.水能
感谢各位的聆听
第2节核能第二十二章能源与可持续发展
二战与原子弹
1945年，第二次世界大战的后期，美国在日本的广岛、长崎各投下一颗原子弹，使两岛遭受毁灭性的打击，最后迫使日本投降．
“小男孩”装填了64公斤铀，只有0.7公斤发生裂变，而其中，只有600毫克被转换为能量，这个“小男孩”的巨大毁灭力，令日本广岛核爆中心方圆2
公里内所有建筑物全部被夷为平地。

“
小男孩”
广岛原子弹爆炸原子弹爆炸后的广岛
1964年10月16日，我国第一颗原子弹爆炸成功;1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸获得成功.根本性的提升了我国的国际地位与实力，在决定世界和平，制止战争，抵御霸权，等国际事务中有了话语权，决定权。

我国第一颗原子弹我国第一颗氢弹
原子弹为什么会放出那么大的能量？氢弹和原子弹的原理相同吗？
1．原子结构
原子由原子核和核外电子组成。

原子核有质子和中子组成，质子带正电荷，核外电子带负电荷，二者电荷量相等，中子不带电。

质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。

（1）以水分子为例：
H 氢原子由原子核和一个核外电子组成。

原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。

二者电荷量相同。

O
氧原子由原子核和八个核外电子组成。

原子核有八个质子和八个中子，
由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。

由水分子组成H 2O 分子由一个氧原子和两个氢原子组成
（2）质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。

要使它们分裂或结合都是极其困难的。

但是，一旦使原子核分裂或聚合，就可以释放出惊人的能量，这就是我们说的核能，又称原子能。

一、核能
2．核能
（1）概念：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时，可能释放出惊人的能量，这就是核能。

①裂变②聚变
（2）获得核能的途径：
1.核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个质量相近的新核，并释放出能量的过程。

1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原
子核，使其发生了裂变。

1 kg铀全部裂变，释放的
能量超过2000t 煤完全燃烧时释放的能量。

中子停止轰击，裂变也就停止了。

怎样让裂变继续下去呢？
将火柴搭成下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？
现象：火焰将会随着第一根火柴一直向后面传导，直到燃尽所有火柴．如果去掉其中火柴(1)，火柴(2)(3)会燃烧吗？
如果抽掉火柴(1)，火柴(2)、(3)就不能燃烧了．
说明：火柴的燃烧可以得到控制
2.链式反应
用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，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。

链式反应是可以控制的。

链式反应示意图1946-1948
年我国物理学家钱三强夫妇从实验中观察到铀核的3分裂和4分裂现象。

3.核电站
核电站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。

1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。

核电站中的反应堆
秦山核电站核电站的原理示意图核能内能机械能电能
核电站将
4.原子弹
链式反应如果不加控制,大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。

在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。

不加控制的核裂变
1.核聚变：将质量较小的原子核，在超高温和超高压的条件下，聚合成一个较重的原子核，同时释放出核能的过程就是核聚变，也称为热核反应。

氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。

这一过程就是聚变。

2.氢弹
氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。

质量相同的核燃料，聚变反应释放的核能比裂变反应要多得多。

太阳内部的温度高达1000万摄氏度以上，太阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的核能转化而来的。

3.可控核聚变的意义
可控聚变尚未实现，海水中蕴藏着丰富的氘核，科学家预言，通过可控聚变来利用核能，将有望彻底解决人类能源问题。

海水中蕴藏着丰富的氘核中国核聚变实验装置
核裂变和核聚变的区别
比较裂变聚变
定义
条件
释放核能的大小是否可控
应用较大原子核分
裂为较小原子
核的过程
质量小的原子核
结合成较大原子
核的过程
中子轰击较大原子核超高温
巨大更加巨大
裂变的链式反应可控聚变目前不可控
原子弹、核电站氢弹、太阳内部爆炸
核电站和核废料处理
1.核能的优点：
(1)核能十分巨大，能极大地补充人类能源的不足.
(2)能够解决能源不平衡分布的问题.
2.存在的问题：
(1)核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害.
(2)核反应堆中会产生核废料，治理废料过程中，代价较高
.2100年3月，日本近海发生大地震，日本福岛第一核电站发生爆炸，造成核泄漏。

三、聚变
本堂难点：了解链式反应及发生的条件。

考点一：核裂变及其应用
【典型例题1】
（2019黄石）能源科技的发展促进了人类文明的进步，下列有关能源的说法错误的是（）
B
A．目前的核电站是靠原子核的裂变进行
B．能量转化是守恒的，所以能源是取之不尽用之不竭的
C．风力发电机将风能转化为电能
D．水能、太阳能都是可再生能源
【迁移训练1】
（2019 北部湾）中国援建了巴基斯坦的核电站，核电站的核反应堆利用原子核
的__________
（选填“裂变”或“聚变”）释放核能。

Wi-fi 无线上网是利用________（选填“电磁波”或“超声波”）传递信息。

电磁波裂变
考点二：核聚变及其应用
【典型例题2】
A （2019 内江）关于核聚变，下列说法正确的是（）A．原子核必须在超高温下才能发生聚变
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核聚变
D．目前人类已经建成核电站，利用核聚变发电
【迁移训练2】
（2019 德州）氢弹是利用氢核的（选填“裂变”或“聚变”）在瞬间释放的能量，核能是（选填“可再生”或“不可再生”）能源。

不可再生聚变
感谢各位的聆听
第3节太阳能第二十二章能源与可持续发展
课堂导入
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？
包括太阳大气、太阳核心、辐射层和对流层:太阳距地球1.5亿千米，
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，
核心温度高达1 500万摄氏度。

1.
太阳的结构
一、太阳——巨大的核能火炉。