资源描述
核能和太阳能的开发
教学目标:1[.知识目标]：知道核裂变和核聚变能技术,目前的核电站使用的是核裂变技术.
.知道核电站的核心是核反应堆。知道太阳能的优点和目前利用太阳能的三种形式.
2．[能力目标]：培养学生分析问题，解决实际问题的能力及查资料获取信息的能力
3．[情感目标]：了解我国的核电站现状，增强对学生的爱国主义教育，了解核聚变技术对根本解决能源问题的重大意义.树立为祖国服务的历史使命感
教学重点和难点:
核电站的运行原理和利用太阳能的三种方式
[教学方法]：本课运用多媒体演播辅助教学，构建激发学生创新表达的技术实践探索，并利用网络优势，让学生获取丰富的相关信息。引导学生自主合作讨论，得到知识拓宽的教学模式
[复习引入]:
核能释放的两种途径?什么是链式反应?
通过前面的教学我们已经知道链式反应如不加控制,就会在极短的时间内释放出大量的核能,发生猛烈的爆炸,原子弹就是根据这个原理制成的.如使原子核的裂变在可控制的条件下缓慢的进行,释放的核能就可有效的利用.目前我们已经掌握了控制裂变链式反应速度的方法．利用核能发电的电站叫做核电站．通过今天的学习，我们可以了解核电站的大致情况．
请同学们阅读书本第一段，了解核电站的基本构造。
一. 核电站
1．核电站的构造：主要由核反应堆,热交换器,冷却系统,汽轮发电机组成.
核电站的核心：控制核裂变的链式反应的装置即核反应堆
核反应堆的主要材料：核燃料,减速剂和冷却剂(出示核电站的核反应堆的图片)
2.核能发电原理:
核电站的核心是核反应堆，世界上第一座铀核链式反应堆是在物理学家费米领导下于1942年12月在美国芝加哥大学体育场建成的。它以铀235为核燃料，为了有效地利用反应堆中释放的核能，设计建造了两个循环回路．（结合多媒体讲解）
① 第一回路
在第一回路中，反应堆工作时,核燃料裂变释放出的核能转变为内能，先用泵把水或其他液体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核能，被加热，使反应堆的温度升高,然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热．
② 第二回路
在热交换器内，第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽轮机做功，把内能转化成电能．做功后的蒸汽温度和压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽．
③汽轮机带动发电机发电
通过两个回路的不断循环，把核反应堆中铀核裂变释放的核能，源源不断地转化成第二回路中水的内能，利用反应堆工作释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,就是核电去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能．这就是核电站的工作原理．
[提问]：请同学们思考在核电站发电流程中,发电过程中从核能到电能转化顺序怎么样呢？
3．能量转化：核能-------内能---------机械能--------电能
[提问]:核能有那些优点？ 讨论归纳总结：消耗的“燃料”少，核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能．例如一座100万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输．
②成本低：同样的发电量，消耗的铀矿石只有煤的七万分之一。虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20%以上．所以世界上很多国家都在大力发展核电站．
②与煤等其他燃料相比，核能是清洁的能源
目前环境污染问题大部分是由使用化石燃料引起的，化石燃料燃烧会放出大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，由二氧化碳等有害气体造成的“温室效应”，将使地球气温升高，会造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来灾难性的影响，核电站并不排放这些有害物质，不会造成“温室效应”，与火电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境等。在国外核电站的周围有人居住、游泳、放牧牛羊、钓鱼，有的核电站位于大城市附近，有的位于游览区。核电站是安全、经济、干净的能源，与火电站相比，更有利于保护环境。
核电厂和火电厂对环境影响的比较（电功率100兆瓦） ——核电站对周围环境无污染
居民受到的辐射剂量
二氧化硫排放量
（吨/年）
烟灰粉尘物质
（吨/年）
二氧化氮排放量
（吨/年）
采矿面积
（亩/年）
危害健康的相对指数
燃煤发电厂 0.048
46000-127500
3500
26250-30000
1210
SO：32000 NOx：4530 烟灰：1100
核电站：0.018
0
0
0
30-42
氪氙 1
磷 20
[提问]你们说核能的缺点呢？ 你知道核电站最需注意的是什么吗？（防止核泄漏和核污染）因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行．我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用．
4.核能发电的前景
目前全世界共有500座核电站,世界各国中,法国的核电站发展最快,有57座核电站,总装机容量为200万KW,核电占总发电量77.8%.1991年,中国自行设计,建造的第一座核电站____秦山核电站启用,随之而来大亚湾核电站投产.中国正规划,兴建4座新的核电站,到2010年核电站总量有望达到2000万KW新的水平。
5.核聚变能技术的开发.
轻核聚变: 轻核结合成质量较大原子核并释放巨大能量的过程简称聚变,又称热核反应.
由于原子核都是带正电的,互相排斥,要使核发生聚变,必须使核以极高的速度互相碰撞才能实现,这需要把它们加热到几百万摄氏度的高温,自然界只有在太阳这样的恒星内部,温度高达1千万摄氏度以上,轻核才有足够的动能克服彼此之间的斥力发生聚变.氢弹是利用迅速而剧烈,不可控制的热核反应原理设计制造的炸弹,爆炸产生的高温使聚变反应迅速而剧烈的发生,人们当然现在无法控制它的进程.
如何才能有效控制核能的释放,实现可控制的轻核聚变?科学家正在做努力,热核反应的主要原料是氘,每千克海水中大约有3mg氘,而1mg氘释放的能量相当于己于100L汽油燃烧所释放的能量,若把地球上的氘完全利用,足以供人类用上百亿年.目前在欧洲,中国都在研制此类装置,若取得实效,将对解决人类的能源危机起决定作用.
[小组活动].阅读课本P161—162 核电站的优越性和安全性.并讨论”关于我国是否应该大力发展核电站”讨论后根据讨论的具体情况,从对无污染,无危害及反应物处理情况等更为理想的能源寻找,自然进入太阳能的内容
二. 太阳能的利用
太阳能是由太阳内部热核反应所释放出的光能、热能及辐射能量。它每年辐射到地球上的能量达1813亿吨标准煤，相当于全世界年需要能量总和的5000倍，是地球上最大的能源。其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4x104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持6x1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。太阳内部时时刻刻进行热核反应,向空间释放巨大能量.
1．太阳能的优点:①1.无处不在,普遍,到处可利用,不需开采,运输.②太阳能无污染。③可以长期持续使用.④能量巨大.
２．目前利用太阳能的主要方式:
①太阳能直接转化为物体内能,光 热转化
即利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能直接加以利用。（结合多媒体讲解）
平板型集热器:太阳能热水器,太阳能干燥器等
聚焦型集热器:反射式太阳灶等
②.太阳能直接转化成电能，光 电转化 （结合多媒体讲解）
太阳光电转换，主要是各种规格类型的太阳电池板和供电系统。太阳电池是把太阳光直接转换成电能的一种常见的器件。太阳电池的光电效率约１０-１４％，
③.太阳能直接转化成化学能，光 化学转化
自然界中绿色植物的光合作用是把太阳能转变成化学能储存起来的理想能量循环．由于世界的飞速发展，大自然留给我们的能源越来越短缺，这就激发了各国的科学家对光合作用及其模拟的研究，只能从能源上考虑，光解水制造氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径。因为氢燃烧后只生成水，不污染环境，是便于储存和运输的可再生能源。同学们太阳能怎样分解水制氢？廉价提取氢现在有什么困难呢？同学们课后查找资料了解，看谁能了解的多．
３．我国的太阳能的开发现状和前景 ：
中国能源研究会理事长黄毅诚近日提出，应加速开发无污染、可再生的太阳能资源，力争到２０２０年建成５００万千瓦的太阳能发电容量，使太阳能成为我国最大的可再生能源。
［提问］：既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推广、大范围应用呢？（讨论得出）→
４．广泛利用太阳能的困难
①、太阳能虽然十分巨大，但它太分散
②、太阳能不稳定，不能正常使用
③、目前太阳能转换器的效率不高
同学们都是21世纪的建设人才，希望在你们身上，同学们好好努力为我们国家这一方面做出贡献吧．如能突破那我们就不用担心人类的能源问题了
［课后资料收集］：
· 利用太阳能的历史概况。
· 世界各国利用太阳能的现状。
· 我国利用太阳能的概况。
· 利用太阳能的各种技术。
［思考和讨论］：根据本地区光照和气候等特点，我们应该怎样利用太阳能，请你献上一
【课题】 科学九年级第七章第四节 能源的合理利用和开发
【教学目标】
（1）让学生知道节约利用化石能源的迫切性和重要性
（2）让学生知道在日常生活中要注意节约能源
（3）让学生了解风能、地热能、生物质能和海洋能等新能源的开发利用现状
（4）让学生关注生物质能的综合利用
（5）让学生关注能源技术与社会可持续发展的关系
【教学重点和难点】
能源与社会的可持续发展
【教学方法】
谈话法、学习指导法
【教学准备】
电教投影
学生设计一个节约家庭能源开支的方案
【教学过程】
第一课时：
[导入新课]
现代社会对能源的需求越来越来多，有一种观点认为现代社会是能源的高消费社会，强调节约能源会减慢社会前进的步伐，你赞同这种观点吗？你认为应当怎样处理发展经济与能源消费之间的关系？
[学生活动]
分组讨论交流
[教师小结]
我们在前面的学习中了解到：像石油、煤、天然气等化石燃料，是经过漫长的地质年代才形成的，人类大量开采消耗以后，短期内无法恢复。以中东地区的石油为例，尽管探明储量占世界一半以上，但如按现在的开采速度，也只能维持30～40年，因此如何高效和节约地使用这些不可再生能源是当前迫切需要解决的重大课题。
[板书]
一、节约利用化石能源
[教师]
煤炭、石油、天然气等化石能源都是不可再生能源，在现有能源即将出现危机之时，我们大家应该如何做到节约利用化石能源呢？
[学生活动]分组讨论
[教师小结]
节约利用能源要求人们不随意浪费能源，还要求人们不断开发能耗小的新型生活用品、交通工具和动力机器等。合理开发利用能源的另一重要途径是提高能源的开采效率和使用效率。
[学生活动]
设计一个节约家庭能源开支的方案<课前已布置>，在班级中交流各小组的方案
[小资料]
教师介绍微生物采油、水煤浆技术
[教师]
同时，在现有能源即将出现危机之时，人们很自然地把目光转向储量更丰富、使用起来更清洁和可以再生的新能源。下面我们来介绍几种新能源。
[板书]
二、新能源的开发
[教师]
本节课我们首先要介绍的一种新能源就是风能。风与我们日常生活是息息相关的，如果我们注意观察树叶在风吹动下不断摇动，但是否想到过怎样来利用风为人类的生产和生活服务呢？
[学生活动]
分组讨论交流
[教师]
风能是太阳辐射能使空气流动而产生的动能。人类早期就已利用风的力量来助航、风力提水等，如我国明朝郑和的航海、荷兰的象征——风车等。这一节课我们来学习目前风能利用的崭新形式。那么地球上的风能到底有多少呢？有人估计，每年地球上风的能量相当于3200亿吨标准煤的能量。目前人类利用风能主要是风力发电（见课本彩图），风能作为新能源对环境是否会有污染呢？
[学生回答]
答案是肯定的，没有,所以我们还可以归纳出风能是一种清洁的能源
[教师]
因此，风能具有不要运输、不要开采、清洁无污染、可以再生等优点，开发风力发电技术已经受到世界各国的普遍重视。
[小资料]
中国的风能资源：中国的风能总储量估计为１.６×１０９千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。
[教师]
接下来我们要来介绍的另一种新能源就是地热能。大家对地热能有多少了解呢？现在请大家来谈谈你对地热能的认识。
[学生活动]
学生讨论交流
[教师小结]
地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库，仅地表下１０千米厚的一层，储热量就达１．０５×１０２６焦耳，相当于９．９５×１０１５吨标准煤所释放的热量。地热藏量巨大，等于全部煤油气总和的30倍。地热的利用除直接用于提供热水和供建筑物取暖外，主要是用于发电。地热发电分直接利用和间接利用两种：直接利用是将地热蒸汽或高温地热水经扩容蒸发后的蒸汽，作为热力循环的动力，推动汽轮发电机组发电；间接利用是用地热水使低沸点物质（如丁烷）汽化，用以推动汽轮发电机组发电。１９１３年，世界首座地热电站在意大利拉德瑞罗投入运行，机组容量２５０千瓦。目前世界最大的地热电站是美国的盖瑟尔斯地热电站，总装机容量２０９万千瓦。
[小资料]
中国的地热电站
[教师]
现在我们再来介绍一种新能源——海洋能，海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。那么大家可知道开发利用海洋能的主要途径是什么呢？
[学生回答]
利用各种海洋能进行发电。
[教师]
海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。海流能发电是利用海洋中部分海水沿一定方向流动的动能发电;海水温差发电是利用海水表层和深层间的温度差实现热循环而发电;海水盐浓度差发电是利用河海交接处水中含盐浓度的差异形成的化学电位差来发电。这些现在都还处在试验研究阶段。当然开发和利用海洋能的同时，应兼顾水产养殖、交通运输、生态保护等的综合利用。
[小资料]
中国的江厦潮汐试验电站
[教师总结]
[布置作业]
探究课题：对本地区综合处理经济、环境和能源三者关系的建议
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