第二節(jié)跨學(xué)科：能源的開發(fā)與利用第二十一章能源、材料與社會(huì)滬科版2024物理觀念：了解原子核結(jié)構(gòu)及核能產(chǎn)生原理（裂變與聚變），知道太陽能由太陽內(nèi)部核聚變形成，掌握新能源（如核能、太陽能）的能量轉(zhuǎn)化方式及利用途徑，建立“能量守恒與可持續(xù)發(fā)展”的認(rèn)知框架?？茖W(xué)思維：能區(qū)分核裂變與核聚變的異同，解釋鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可控與不可控應(yīng)用（如核電站與原子彈），通過分析新能源開發(fā)案例（如太陽能路燈），運(yùn)用比較、歸納等方法評(píng)估不同能源的優(yōu)勢(shì)與局限?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新：完成開放性實(shí)驗(yàn)（如設(shè)計(jì)太陽能利用裝置），自主規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟、分析數(shù)據(jù)并優(yōu)化方案?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過“碳中和”“新能源開發(fā)”等STS話題討論，培養(yǎng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感。學(xué)習(xí)錢學(xué)森等科學(xué)家的科研故事，弘揚(yáng)科學(xué)精神，增強(qiáng)對(duì)科技推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的認(rèn)同。核心素養(yǎng)等到那一天，我們?nèi)祟愑謺?huì)用什么？化石能源是現(xiàn)代人類文明所需的主要能源。由于它們屬于不可再生的資源，所以總有使用殆盡的一天。情境導(dǎo)入人類對(duì)能源的利用能夠提供熱、光、機(jī)械能和電能等各種形式的能量來源就叫能源。如：煤、石油、天然氣、太陽光、水流、風(fēng)、電等等。金屬的冶煉、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、汽車和火車等交通工具的行駛需要能量，生活中燒飯、取暖、照明等也需要能量。生產(chǎn)和生活中利用的這些能量，是通過不同的能源提供的。各種能源的廣泛利用，極大地促進(jìn)了人類文明的發(fā)展。人類對(duì)能源的利用鉆木取火這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，使人類實(shí)現(xiàn)了從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變。開啟了人類以柴薪為主要能源的時(shí)代。柴薪主要通過砍伐森林獲得，大面積的砍伐森林嚴(yán)重破壞地球的生態(tài)平衡。同時(shí)由于燃燒柴薪獲取能量的效率較低，人類仍需要開發(fā)其他的能源。人類對(duì)能源的利用煤、石油、天然氣是千百萬年前埋在地下的動(dòng)、植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的，所以稱為化石能源。這三種能源是當(dāng)今世界一次能源的三大支柱。像化石能源一樣可以直接從自然界獲取的能源叫一次性能源。常見的一次性能源有哪些？煤、石油、天然氣、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⒑四艿鹊?。人類?duì)能源的利用人類對(duì)能源的利用一次性能源不可再生能源化石能源：煤、石油、天然氣核能可再生能源：太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、水能二次能源包括：電能、汽油、柴油、工業(yè)余熱思考：人們?cè)诶媚茉吹耐瑫r(shí)，對(duì)環(huán)境造成了什么影響？化石能源產(chǎn)生大量?jī)?nèi)能，其中一部分未被利用，造成熱污染；燃料燃燒排放的二氧化碳加劇了地球的溫室效應(yīng)，同時(shí)生成的二氧化硫等是有害物質(zhì)；燃料不完全燃燒生成粉塵和一氧化碳，形成酸雨。人類對(duì)能源的利用核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低人類對(duì)能源的利用分子是由原子構(gòu)成的，原子的中心是原子核，原子核周圍有一定數(shù)目的電子在運(yùn)動(dòng)?？茖W(xué)家通過進(jìn)一步的研究表明，原子核還有如圖所示的更精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：原子核通常由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電荷，其電荷量跟電子的電荷量相等，中子不帶電；質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1836倍，中子和質(zhì)子的質(zhì)量幾乎相同。質(zhì)子和中子構(gòu)成非常小的原子核，就像幾顆豆粒擠在一個(gè)非常大的廣場(chǎng)中央。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了更多的新粒子，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。人們對(duì)微觀世界的探索在不斷深入。開發(fā)核能與重視核安全質(zhì)子、中子依靠強(qiáng)大的核力緊密地結(jié)合在一起，因此原子核十分牢固，要使它們分裂或結(jié)合是極其困難的。但是，一旦質(zhì)量較的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較，一旦質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合，就有可能釋放出驚人的能量。這種能量就是核能（nuclearenergy）。開發(fā)核能與重視核安全裂變：20世紀(jì)30年代，科學(xué)家用中子轟擊質(zhì)量比較大的鈾235原子核，使其發(fā)生裂變，變成兩個(gè)質(zhì)量中等大小的原子核，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)新的中子，這些中子又會(huì)轟擊其他鈾核...于是就導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，釋放出巨大的能量。這就是裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（如圖）。1kg鈾全部裂變，釋放的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。開發(fā)核能與重視核安全開發(fā)核能與重視核安全聚變：如果使某些質(zhì)量很小的原子核，例如氘核（由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成）與氚核（由一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成），在超高溫和高壓下結(jié)合成新的原子核——氦核，也會(huì)釋放出巨大的核能（如圖）。這就是聚變，有時(shí)也稱為熱核反應(yīng)。氫彈爆炸，比原子彈爆炸的威力更大。氘核、氚核都是氫核的一種。大量氫核的聚變，可以在瞬間釋放出驚人的能量。氫彈利用的就是這種能量。開發(fā)核能與重視核安全太陽能在太陽內(nèi)部，氫原子核在超高溫下發(fā)生聚變，釋放出巨大的核能。因此可以說，太陽核心每時(shí)每刻都在發(fā)生氫彈爆炸，比原子彈爆炸的威力更大。太陽核心釋放的能量向外擴(kuò)散，可以傳送到太陽表面。太陽表面溫度約為6000℃，就像一個(gè)高溫氣體組成的海洋。大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射出去。太陽這個(gè)巨大的“核能火爐”已經(jīng)“燃燒”了近50億年。目前，它正處于壯年，要再過50億年才會(huì)燃盡自己的核燃料。開發(fā)新能源太陽能的利用太陽照耀著我們的地球，人類除了間接利用儲(chǔ)存在化石燃料中的太陽能，還設(shè)法直接利用太陽能。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，太陽能等可再生能源逐漸得到較為廣泛的應(yīng)用。目前直接利用太陽能的方式主要有兩種：（1）用集熱器把水等物質(zhì)加熱；（2）用太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成電能。開發(fā)新能源

風(fēng)能：風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能開發(fā)新能源

地?zé)崮艿拈_發(fā)與利用地?zé)豳Y源：是指地球陸地表面以下10km深度以內(nèi)，溫度為15～400oC的地?zé)崮芰?。（加熱、發(fā)電）開發(fā)新能源

其他新能源的開發(fā)與利用利用潮漲潮落的水位差進(jìn)行發(fā)電，水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。潮汐能開發(fā)新能源你認(rèn)為風(fēng)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？風(fēng)能、水能、太陽能、地?zé)崮?、潮汐能有可能成為今后的理想能源，因?yàn)檫@些能源既可以循環(huán)使用，又不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞和污染。開發(fā)新能源秦山核電站敦煌光伏電站吸熱塔新疆達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電我國(guó)新能源開發(fā)和利用的實(shí)例河南黃河小浪底發(fā)電工程開發(fā)新能源新疆太陽能發(fā)電站羊八井地?zé)犭娬舅{(lán)鯨一號(hào)南海開采可燃冰我國(guó)在試驗(yàn)氫能源汽車