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九年級全冊物理

第二十章

能源、材料與社會

第20章

能源、材料與社會（全章）

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能源、材料與社會

20.1能量轉化與守恒拉長的橡皮筋你能說出下面物體都具有什么形式的能量嗎？山巔的危石運動的足球西藏羊八井地熱池食物太陽光情景引入：觀察原來我們已經學習過機械能、電能、內能，下面將學習化學能、核能等由于化學反應而產生的能量木材燃燒時產生光和熱就來源于木材里儲存的化學能。人體運動所消耗的能量都來源于食物里儲存的化學能。1、化學能一、多種形式的能量2、核能由于核反應，物質的原子核結構發生變化而產生的能量原子彈爆炸核電站日常生活中這些常見物質都具有什么能量？交流與討論電能轉化成機械能機械能轉化成電能二、能量的轉移與轉化電能轉化成內能內能轉化成電能各種形式的能量是可以相互轉化的內能電能機械能火力發電機電爐電動機風力發電機火箭發動機摩擦生熱能量形式發生改變你能說出下面這些物體能量之間是怎樣轉化的么？摩擦生熱機械能轉化為內能太陽能轉化為內能太陽能熱水器能量的轉移能量形式不發生改變

碰撞時，物體之間會發生能量的轉移3.地球上的大多數能量都來源于太陽光合作用不僅產生氧氣，同時生成葡萄糖太陽能是地球上的主要能源生命中的能量轉換3.地球上的大多數能量都來源于太陽今天我們開采化石燃料，實際上是在開采上億年前地球接收的太陽能。3.地球上的大多數能量都來源于太陽結論：在一定條件下,各種形式的能量都可以相互轉化。1、能量從一個物體轉移到另一個物體。2、能量從一種形式轉化為另一種形式。大量的研究表明：自然界的能量是守恒的能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化成另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。

三、能量守恒定律小球在擺動時，勢能和動能相互轉化，當小球到達最高處時，勢能最大；隨著小球的下降，勢能逐漸減小，動能逐漸增大，勢能轉化為動能；當小球下降到最低點時，勢能最小，動能最大小球在運動時與空氣摩擦產生內能，所以不能永遠運動下去想一想：玩具小丑在跳動過程中，能量是如何轉化的？它遵守能量守恒定律嗎？下降時：重力勢能轉化為彈性勢能。上升時：彈性勢能轉化為重力勢能。它遵守能量守恒定律，但能量的轉化和轉移具有方向性，一部分機械能會轉化為內能，這部分內能不可能自動的轉化為機械能如果沒有能量的補充，小丑將最終停止運動。

人們為了滿足生產對動力日益增多的需要，幻想制造一種機器，它不需要任何動力和燃料，卻能不斷地對外做功，這種機器稱為“永動機”。

你認為這樣的永動機可以制造成功嗎？四、能量轉移和轉化的方向性2.“永動機”是不存在的假想中的永動機科學研究表明：能量的轉化和轉移具有方向性，在轉化過程中由于摩擦的存在，一部分機械能會轉化為內能，這部分內能不可能自動的轉化為機械能如果沒有能量的補充，小球將最終停止運動，所以“永動機”是不能實現的

自然界中的事物的運動都必須遵循能量轉化和守恒定律，但符合能量轉化和守恒定律的事物卻不一定能發生。（能量的轉化和轉移具有一定的方向性）一、多種形式的能量機械能、電能、內能、化學能、核能、……二、能量的轉移和轉化

三、能量守恒定律

四、能量轉移與轉化的方向性課堂小結

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20.2能源的開發和利用閱讀下列材料，你有什么想說的？情景引入：觀察自然界中部分能源情況自然界存在多種能為人類提供生活、生產所需的能源。一、能源與社會能源的分類①可再生能源：可長期提供或可以再生的能源

如：太陽能、風能、水能以及動植物等②不可再生資源：一旦消耗就很難再生的能源

如：煤、石油、天然氣和鈾礦等礦物能源能源利用的幾個階段（1）人類對木材、水力、風力、畜力等

自然資源的利用；我國古代對水能的利用（2）大約在200多年前，由于煤的大量開采，人類利用能源的歷史進入了一個嶄新的時期。用煤作燃料的蒸汽機的發明，帶來了人類歷史上的第一次工業革命。各種機械以及交通工具的相繼發明大大提高了社會生產力。隨后，石油、天然氣先后成為人類生產、生活廣泛使用的能源。通過對電磁的研究，人類找到了開發和利用能源的新途徑，各種電器設備的發明，使人們生活水平、生活質量得到極大的改善。（3）電能的利用為人類帶來了一個光明、燦爛的新世界能源的大量開發和使用，也造成了環境污染與生態破壞石油泄漏造成的污染工廠的廢氣污染二、能源與環境霧霾中的北京全球暖化導致北極熊饑不擇食大熊吃小熊泄露的石油會污染海洋、煤燃燒產生的二氧化碳和煙塵會造成空氣污染、溫室效應……怎樣解決利用能源與保護環境的問題呢？太陽能

太陽能是取之不盡，用之不竭的天然能源，而且是一種“清潔”的能源，不會帶來環境污染問題。三、開發新能源

太陽能熱水器的工作原理：太陽光的照射使加熱管內水的溫度上升，由于熱水的密度比冷水小，管內的熱水不斷上升并儲存在儲水箱上部；同時，儲水箱內溫度較低的水下降到加熱管內，通過水的不斷對流，最終使得儲水箱內的溫度升高。太陽能核能原子核發生改變所產生的能量（1）利用核裂變釋放能量；

核能的開發和利用可以采用兩種方法：

核裂變是較重的原子核裂變為較輕的原子核的一種核反應。

原子彈就是根據這個原理制造的一種核武器。核聚變釋放能量

核聚變是較輕的原子核結合為較重的原子核的一種核反應。氫彈就是根據這個原理制造的一種威力比原子彈更大的核武器。

利用核能發電是人們利用核能的一個重要方向。目前，世界上已經利用核裂變原理建成了許多核能發電站。秦山核電站地熱能

地球內部蘊藏著大量的熱。在有地熱資源的地方可以開發的利用地熱能發電。羊八井地熱電站潮汐能

月球、太陽對地球的引力作用產生了潮汐。每天，漲潮與落潮蘊藏著巨大的能量，這種能量可以用來發電。江廈潮汐電站漲潮時：潮水從導流管流入水庫的同時推動水輪機轉動，水輪機帶動發電機發電。隨著潮水的不斷涌入，水庫水位逐漸上漲，儲存能量。退潮時：海水奔騰而去，水位陸續下降，水庫的水流從導流孔流向大海，推動水輪機再次轉動，水輪機又一次帶動發電機發電。風能

風具有很大的能量。人們很早就學會了利用風能，行船、抽水、磨谷……

風能還可以用來發電。風力發電站開發新能源太陽能核能其他新能源來源優缺點利用光轉化為電光轉化為熱獲取核能的途徑裂變聚變地熱能潮汐能風能和平利用核能課堂小結

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20.3材料的開發和利用課桌、書本、黑板、道路、橋梁、首飾……這些物質都是由不同材料制成的，那么人類社會是怎樣認識、開發、利用這些材料的呢？情景引入：觀察人類使用材料的歷史已經歷了以下幾個時代:為石器時代、青銅器時代、鐵器時代、蒸汽時代、電氣時代、電子信息時代1、石器時代（400,000~4,500）人類主要以石頭、骨頭、木制作簡單的工具陶器的出現是人類跨入新石器時代的重要標志之一一、材料與社會2、青銅時代（4,500~1,000）大量使用青銅作為第一種合金做工具、青銅禮器的時期3、鐵器時代（1000—）人類使用鐵來制造工具和武器4、蒸汽時代（18世紀60年代）人類開始了第一次工業革命，并創造了巨大的生產力，人類進入“蒸汽時代”5、電氣時代（19世紀70年代）今天所使用的電燈、電話都是在在第二次工業革命中被發明出來的，人類由此進入“電氣時代”。6、電子信息時代（20世紀四五十年代）以原子能技術、航天技術和電子計算機的運用為代表的第三次科技革命開始興起，它將人類社會帶入了電子信息時代

根據材料的導電性能，材料可分為導體、半導體及絕緣體三大類。1、容易導電的材料是導體，例如：各種金屬、大地、人體、酸堿鹽的水溶液。其中銅、鋁是最常用的電的良導體，常用來制成導線。二、材料的導電性2.不容易導電的材料是絕緣體，例如：玻璃、橡膠、陶瓷、塑料、紙、油等材料。實驗探究：導體與絕緣體實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、待測材料。實驗設計：在右邊方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，判定待測材料是導體還是絕緣體。實驗過程及結論：綠色為待測材料，如果閉合開關，小燈亮，則待測材料為導體，若小燈不亮，則為絕緣體。3、半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，半導體可以制成二極管、三極管等半導體元件和集成電路。半導體二極管有單向導電性，半導體三極管可以用來放大電信號。實驗探究：半導體二極管單向導電特性實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、半導體二極管。實驗設計：在右邊方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，判定半導體二極管導電特性。圖1圖2實驗過程：將半導體二極管分別如圖所示進行連接，閉合開關，觀察小燈是否亮起實驗結論，如圖1所示燈泡亮起，如圖2所示，燈泡不亮，說明半導體二極管具有單向導電性。1、超導材料汞的電阻隨溫度變化情況1911年，昂內斯在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在溫度降低到4.2K時，汞的電阻幾乎為零。從而發現超導現象。發生超導現象的材料叫超導材料，超導材料不僅電阻為零，而且還存在其他引人注目的特性。三、開發新材料

超導材料出現以后，人們首先想到的是利用超導體的零電阻性實現遠距離大功率輸電，是因為超導輸電線可以無損耗的輸送極大地電流。這意味著用細電線就可以輸送強電流很細的超導絲就可以輸送強大的電流

超導磁懸浮現象使人們想到可以利用超導體來實現交通工具的無摩擦運行，這將大大提高交通工具的運行速度。20世紀末，人們對超導列車、超導船進行了可行性實驗。2、納米材料

納米材料統指合成材料的基本單元大小限制在1—100nm范圍內的材料，這大約相當于10—1000個原子緊密排列在一起的尺度。

納米材料除了其基本單元空間尺度小外，在力、熱、聲、光、電、磁等方面還表現出許多特殊的性能。人們正在研制納米尺度的微小機器，由納米材料制成的導線將大大提高計算機的性能，并縮小計算機芯片的體積。用納米技術做成的量子磁盤，每平方厘米面積內可貯存3萬部《紅樓夢》。

納米雖是一個尺度單位，但卻成為近年來最時髦的商業“亮點”——“納米家電”、“納米水”、“納米服裝”等概念盛行一時。它們都是真納米嗎？目前市場上的納米產品，往往給人們帶來一些誤解。比如納米冰箱，通常是添加了氧化鈦的納米無機物，具備了一定的抗菌性能；所謂納米洗衣機，也只能說是添加了納米材料的洗衣機，而且納米材料還只是應用在滾筒洗衣機外桶的內壁上，對于