第20章 能源、材料與社會(huì) （備課精準(zhǔn)教研） 九年級(jí)物理上學(xué)期

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九年級(jí)全冊(cè)物理

第二十章

能源、材料與社會(huì)

第20章

能源、材料與社會(huì)（全章）

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能源、材料與社會(huì)

20.1能量轉(zhuǎn)化與守恒拉長(zhǎng)的橡皮筋你能說(shuō)出下面物體都具有什么形式的能量嗎？山巔的危石運(yùn)動(dòng)的足球西藏羊八井地?zé)岢厥澄锾?yáng)光情景引入：觀察原來(lái)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)械能、電能、內(nèi)能，下面將學(xué)習(xí)化學(xué)能、核能等由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的能量木材燃燒時(shí)產(chǎn)生光和熱就來(lái)源于木材里儲(chǔ)存的化學(xué)能。人體運(yùn)動(dòng)所消耗的能量都來(lái)源于食物里儲(chǔ)存的化學(xué)能。1、化學(xué)能一、多種形式的能量2、核能由于核反應(yīng)，物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生的能量原子彈爆炸核電站日常生活中這些常見物質(zhì)都具有什么能量？交流與討論電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能二、能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的內(nèi)能電能機(jī)械能火力發(fā)電機(jī)電爐電動(dòng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦生熱能量形式發(fā)生改變你能說(shuō)出下面這些物體能量之間是怎樣轉(zhuǎn)化的么？摩擦生熱機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能太陽(yáng)能熱水器能量的轉(zhuǎn)移能量形式不發(fā)生改變

碰撞時(shí)，物體之間會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移3.地球上的大多數(shù)能量都來(lái)源于太陽(yáng)光合作用不僅產(chǎn)生氧氣，同時(shí)生成葡萄糖太陽(yáng)能是地球上的主要能源生命中的能量轉(zhuǎn)換3.地球上的大多數(shù)能量都來(lái)源于太陽(yáng)今天我們開采化石燃料，實(shí)際上是在開采上億年前地球接收的太陽(yáng)能。3.地球上的大多數(shù)能量都來(lái)源于太陽(yáng)結(jié)論：在一定條件下,各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化。1、能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。2、能量從一種形式轉(zhuǎn)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(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。

三、能量守恒定律小球在擺動(dòng)時(shí)，勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)小球到達(dá)最高處時(shí)，勢(shì)能最大；隨著小球的下降，勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；當(dāng)小球下降到最低點(diǎn)時(shí)，勢(shì)能最小，動(dòng)能最大小球在運(yùn)動(dòng)時(shí)與空氣摩擦產(chǎn)生內(nèi)能，所以不能永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去想一想：玩具小丑在跳動(dòng)過(guò)程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？它遵守能量守恒定律嗎？下降時(shí)：重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。上升時(shí)：彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。它遵守能量守恒定律，但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，一部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這部分內(nèi)能不可能自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能如果沒(méi)有能量的補(bǔ)充，小丑將最終停止運(yùn)動(dòng)。

人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)對(duì)動(dòng)力日益增多的需要，幻想制造一種機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力和燃料，卻能不斷地對(duì)外做功，這種機(jī)器稱為“永動(dòng)機(jī)”。

你認(rèn)為這樣的永動(dòng)機(jī)可以制造成功嗎？四、能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性2.“永動(dòng)機(jī)”是不存在的假想中的永動(dòng)機(jī)科學(xué)研究表明：能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中由于摩擦的存在，一部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這部分內(nèi)能不可能自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能如果沒(méi)有能量的補(bǔ)充，小球?qū)⒆罱K停止運(yùn)動(dòng)，所以“永動(dòng)機(jī)”是不能實(shí)現(xiàn)的

自然界中的事物的運(yùn)動(dòng)都必須遵循能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，但符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的事物卻不一定能發(fā)生。（能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有一定的方向性）一、多種形式的能量機(jī)械能、電能、內(nèi)能、化學(xué)能、核能、……二、能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化

三、能量守恒定律

四、能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化的方向性課堂小結(jié)

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20.2能源的開發(fā)和利用閱讀下列材料，你有什么想說(shuō)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(chǎn)所需的能源。一、能源與社會(huì)能源的分類①可再生能源：可長(zhǎng)期提供或可以再生的能源

如：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能以及動(dòng)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(gè)階段（1）人類對(duì)木材、水力、風(fēng)力、畜力等

自然資源的利用；我國(guó)古代對(duì)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(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期。用煤作燃料的蒸汽機(jī)的發(fā)明，帶來(lái)了人類歷史上的第一次工業(yè)革命。各種機(jī)械以及交通工具的相繼發(fā)明大大提高了社會(huì)生產(chǎn)力。隨后，石油、天然氣先后成為人類生產(chǎn)、生活廣泛使用的能源。通過(guò)對(duì)電磁的研究，人類找到了開發(fā)和利用能源的新途徑，各種電器設(shè)備的發(fā)明，使人們生活水平、生活質(zhì)量得到極大的改善。（3）電能的利用為人類帶來(lái)了一個(gè)光明、燦爛的新世界能源的大量開發(fā)和使用，也造成了環(huán)境污染與生態(tài)破壞石油泄漏造成的污染工廠的廢氣污染二、能源與環(huán)境霧霾中的北京全球暖化導(dǎo)致北極熊饑不擇食大熊吃小熊泄露的石油會(huì)污染海洋、煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和煙塵會(huì)造成空氣污染、溫室效應(yīng)……怎樣解決利用能源與保護(hù)環(huán)境的問(wèn)題呢？太陽(yáng)能

太陽(yáng)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(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。三、開發(fā)新能源

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

核能的開發(fā)和利用可以采用兩種方法：

核裂變是較重的原子核裂變?yōu)檩^輕的原子核的一種核反應(yīng)。

原子彈就是根據(jù)這個(gè)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(jié)合為較重的原子核的一種核反應(yīng)。氫彈就是根據(jù)這個(gè)原理制造的一種威力比原子彈更大的核武器。

利用核能發(fā)電是人們利用核能的一個(gè)重要方向。目前，世界上已經(jīng)利用核裂變?cè)斫ǔ闪嗽S多核能發(fā)電站。秦山核電站地?zé)崮?/p>

地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著大量的熱。在有地?zé)豳Y源的地方可以開發(fā)的利用地?zé)崮馨l(fā)電。羊八井地?zé)犭娬境毕?/p>

月球、太陽(yáng)對(duì)地球的引力作用產(chǎn)生了潮汐。每天，漲潮與落潮蘊(yùn)藏著巨大的能量，這種能量可以用來(lái)發(fā)電。江廈潮汐電站漲潮時(shí)：潮水從導(dǎo)流管流入水庫(kù)的同時(shí)推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著潮水的不斷涌入，水庫(kù)水位逐漸上漲，儲(chǔ)存能量。退潮時(shí)：海水奔騰而去，水位陸續(xù)下降，水庫(kù)的水流從導(dǎo)流孔流向大海，推動(dòng)水輪機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)又一次帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)能

風(fēng)具有很大的能量。人們很早就學(xué)會(huì)了利用風(fēng)能，行船、抽水、磨谷……

風(fēng)能還可以用來(lái)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電站開發(fā)新能源太陽(yáng)能核能其他新能源來(lái)源優(yōu)缺點(diǎn)利用光轉(zhuǎn)化為電光轉(zhuǎn)化為熱獲取核能的途徑裂變聚變地?zé)崮艹毕茱L(fēng)能和平利用核能課堂小結(jié)

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能源、材料與社會(huì)

20.3材料的開發(fā)和利用課桌、書本、黑板、道路、橋梁、首飾……這些物質(zhì)都是由不同材料制成的，那么人類社會(huì)是怎樣認(rèn)識(shí)、開發(fā)、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(jīng)歷了以下幾個(gè)時(shí)代:為石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、電子信息時(shí)代1、石器時(shí)代（400,000~4,500）人類主要以石頭、骨頭、木制作簡(jiǎn)單的工具陶器的出現(xiàn)是人類跨入新石器時(shí)代的重要標(biāo)志之一一、材料與社會(huì)2、青銅時(shí)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(shí)期3、鐵器時(shí)代（1000—）人類使用鐵來(lái)制造工具和武器4、蒸汽時(shí)代（18世紀(jì)60年代）人類開始了第一次工業(yè)革命，并創(chuàng)造了巨大的生產(chǎn)力，人類進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”5、電氣時(shí)代（19世紀(jì)70年代）今天所使用的電燈、電話都是在在第二次工業(yè)革命中被發(fā)明出來(lái)的，人類由此進(jìn)入“電氣時(shí)代”。6、電子信息時(shí)代（20世紀(jì)四五十年代）以原子能技術(shù)、航天技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用為代表的第三次科技革命開始興起，它將人類社會(huì)帶入了電子信息時(shí)代

根據(jù)材料的導(dǎo)電性能，材料可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體三大類。1、容易導(dǎo)電的材料是導(dǎo)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(dǎo)體，常用來(lái)制成導(dǎo)線。二、材料的導(dǎo)電性2.不容易導(dǎo)電的材料是絕緣體，例如：玻璃、橡膠、陶瓷、塑料、紙、油等材料。實(shí)驗(yàn)探究：導(dǎo)體與絕緣體實(shí)驗(yàn)材料：電源、燈泡、導(dǎo)線、接線柱、開關(guān)、待測(cè)材料。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在右邊方框中，自己設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，判定待測(cè)材料是導(dǎo)體還是絕緣體。實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論：綠色為待測(cè)材料，如果閉合開關(guān)，小燈亮，則待測(cè)材料為導(dǎo)體，若小燈不亮，則為絕緣體。3、半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，半導(dǎo)體可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路。半導(dǎo)體二極管有單向?qū)щ娦?，半?dǎo)體三極管可以用來(lái)放大電信號(hào)。實(shí)驗(yàn)探究：半導(dǎo)體二極管單向?qū)щ娞匦詫?shí)驗(yàn)材料：電源、燈泡、導(dǎo)線、接線柱、開關(guān)、半導(dǎo)體二極管。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在右邊方框中，自己設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，判定半導(dǎo)體二極管導(dǎo)電特性。圖1圖2實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將半導(dǎo)體二極管分別如圖所示進(jìn)行連接，閉合開關(guān)，觀察小燈是否亮起實(shí)驗(yàn)結(jié)論，如圖1所示燈泡亮起，如圖2所示，燈泡不亮，說(shuō)明半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦浴?、超導(dǎo)材料汞的電阻隨溫度變化情況1911年，昂內(nèi)斯在研究汞電阻隨溫度的變化時(shí)，觀察到在溫度降低到4.2K時(shí)，汞的電阻幾乎為零。從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料，超導(dǎo)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(fā)新材料

超導(dǎo)材料出現(xiàn)以后，人們首先想到的是利用超導(dǎo)體的零電阻性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率輸電，是因?yàn)槌瑢?dǎo)輸電線可以無(wú)損耗的輸送極大地電流。這意味著用細(xì)電線就可以輸送強(qiáng)電流很細(xì)的超導(dǎo)絲就可以輸送強(qiáng)大的電流

超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象使人們想到可以利用超導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)交通工具的無(wú)摩擦運(yùn)行，這將大大提高交通工具的運(yùn)行速度。20世紀(jì)末，人們對(duì)超導(dǎo)列車、超導(dǎo)船進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。2、納米材料

納米材料統(tǒng)指合成材料的基本單元大小限制在1—100nm范圍內(nèi)的材料，這大約相當(dāng)于10—1000個(gè)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(xiàn)出許多特殊的性能。人們正在研制納米尺度的微小機(jī)器，由納米材料制成的導(dǎo)線將大大提高計(jì)算機(jī)的性能，并縮小計(jì)算機(jī)芯片的體積。用納米技術(shù)做成的量子磁盤，每平方厘米面積內(nèi)可貯存3萬(wàn)部《紅樓夢(mèng)》。

納米雖是一個(gè)尺度單位，但卻成為近年來(lái)最時(shí)髦的商業(yè)“亮點(diǎn)”——“納米家電”、“納米水”、“納米服裝”等概念盛行一時(shí)。它們都是真納米嗎？目前市場(chǎng)上的納米產(chǎn)品，往往給人們帶來(lái)一些誤解。比如納米冰箱，通常是添加了氧化鈦的納米無(wú)機(jī)物，具備了一定的抗菌性能；所謂納米洗衣機(jī)，也只能說(shuō)是添加了納米材料的洗衣機(jī)，而且納米材料還只是應(yīng)用在滾筒洗衣機(jī)外桶的內(nèi)壁上，對(duì)于