师：大家好，欢迎和我一起来了解初中物理人教版九年级全一册第22章第一节能源和第二节核能的内容，现在开启今天的学习旅程。今年7月份郑州水灾牵动着很多人的心，有些同学可能还参加了捐赠活动。这是当时水灾的一个片段，我现在就在车顶上，从视频中可以看出当时场景多么惨烈。截至8月13号，我国因暴雨水灾造成的死亡失踪人口达219人。除我国外，意大利、印度、英国等国家也都出现暴雨、水灾等极端天气。为什么全球暴雨、洪灾、持续高温等极端天气频发呢？专家指出，持续飙涨的二氧化碳是主要诱因。为什么二氧化碳排放量只增不减？接下来我们看一幅图，这是2019年世界一次能源消费结构图，从图中能看出，煤、石油、天然气等化石能源是主要成分。而化石能源的消耗必然会释放二氧化碳，导致全球变暖。那么，什么是能源？化石能源使用过程中有什么特点？一次能源又是如何定义的？这些将在本次课堂第一部分“能源”中得到解答。
能源的学习目标是：一、了解不同历史时期人类利用的主要能源；二、知道什么是一次能源、二次能源及其特点；三、了解21世纪的能源趋势。首先我们来回答三个问题。第一个，我们每天吃饭、喝水，用什么煮饭和烧水呢？老师统计了一下，有煤气、天然气、柴草、电。那开动汽车、火车、飞机等交通工具，需要的燃料是什么呢？大家都知道，主要是汽油和柴油。以上的煤气、柴草、天然气、电能、柴油、汽油在这些工作中起什么作用？不难回答，主要是提供能量。在物理学中，我们把像煤、天然气、电、太阳能这样能够提供能量的物质或资源，称为能源。为更好了解能源，我们按照不同标准进行分类。
首先是大家比较关注的，能源的使用是否对空气造成污染。显然，煤、天然气、木材、柴油和石油的燃烧会释放二氧化碳污染环境。另外，能否可再生循环，以及能否从自然界中直接获取，这两种分类标准是今天主要讲述的内容。
先看方案一，我们把能直接从自然界获取的能源称为一次能源。煤、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长地质年代形成的，所以称为化石能源。当今世界离不开化石能源，它是当今世界的主要能源。除化石能源外，海洋能、风能、太阳能、地热能、核能等都是一次能源。我国水能利用处于世界领先水平，主要用于发电，三峡水电站是世界上最大的水电站。自2003年三峡工程正式开始发电，到2012年7月4日全部投入工作，期间三峡电站发电量累计达到5648亿千瓦时，相当于从滚滚长江中捞起近2亿吨标准煤，减排二氧化碳4亿吨，二氧化硫500多万吨。由此可见，水力发电比火力发电更环保。世界四大水电站，我国有三座，除三峡水电站外，还有白鹤滩水电站和溪洛渡水电站。全球第一大水电站是我国的三峡水电站，那第二大的水电站在哪里呢？答案也在我国，就是正在建设中的白鹤滩水电站。也许你们会有疑问，一条长江，能容得下两座世界第一与世界第二的水电站吗？今天老师就给大家讲讲。我们先来看看金沙江水电站的规划，在这片流域总共规划了20座水电站，这条江巨大的落差使得同样的水流在这里拥有更巨大的能量，水电发电效率更高。通过梯级开发，长江上的水能资源将变成巨大电能，为我国经济发展注入强大保障，同时也为我国环保事业以及减少煤炭使用做出巨大贡献。
白鹤滩水电站是这20座中规模第二的一座水电站，位于四川省六城镇与云南省大寨镇的交界处。作为一座混凝土双曲拱坝，它高度289米，坝顶弧长709米，拱坝厚度63米，基础厚度93米。从外形上看，它很高挑，和三峡大坝完全不一样，它们刚好是两类水坝的典型代表，一种是重力坝，另一种是拱坝。三峡大坝是典型的重力坝，依靠整个坝体自重产生的压力抵消水的压力。而作为拱坝典型代表的白鹤滩水电站，则借助拱的形状，将水压传递给坝体两边的岩体。其实这两种坝型没有谁好谁坏，只是根据地质条件实际情况选择不同建设方案。
白鹤滩水电站建成后，重量大概有2000万吨，相当于200艘大型航母的重量。装配有16台大型发电机组，电站总装机容量将达到1600万千瓦。与其他水电站相比，白鹤滩水电站的机组厂房建在地底下，使得这个超级工程的地下工程规模相当惊人。据统计，整个地下工程开挖土方量达到2500万立方米，可以填满1万个标准游泳池，地下洞穴总长度达到217公里，创造了世界新纪录。如果把白鹤滩水电站周围地质条件比作一个蛋糕，那么地下工程就相当于在蛋糕里挖一条又一条洞，在挖的同时还不能让整个蛋糕变形，挑战之大可想而知。工程师们综合采用三维设计技术、数值仿真技术等多种创新性技术，成功攻克这个难题，获得多项技术创新。
白鹤滩大坝按千年一遇标准设计建造，建成后将与三峡上其他大坝共同承担长江中下游防洪任务，提高长江防洪标准，减轻每年洪水给百姓造成的损失。并且与乌东德、溪洛渡、向家坝等水电站结合，全部总发电量将达2932亿千瓦时，届时将成为全世界最大的清洁能源走廊。
那么水电站是如何发电的呢？我们来看水电站发电原理。水电站发电首先要有高水位，高水位的水快速向下流动推动水轮机转动，带动发电机转动从而发电，实现了将水的机械能转化成电能。除水力发电外，风力发电、太阳能发电和地热能发电也能实现类似转化。像电能这种不能直接从自然界获取，而只能通过消耗一次能源得到的能源，我们称为二次能源。既然电能获取需要消耗一次能源，为什么很多地方还使用电能，而不是直接使用一次能源呢？我们的电能主要来自发电机，发电机将风能、水能、太阳能、地热能、核能等转化为电能，通过输电导线输送到千家万户，再转化成光能、内能、机械能等其他形式的能。由此可见，电能的主要优势是输送和转化。除电能外，由石油分馏而出的柴油、汽油、煤油、酒精等都是二次能源。
对于方案二，我们将不可能在短时间内从自然界得到补充的能源称为不可再生能源，化石能源和核能就属于不可再生能源。而能够从自然界源源不断得到的能源，我们称为可再生能源，例如风能、太阳能和水能。老师把以上两种分类方式融合整理如下，供大家参考。自从人类学会用火，能源就成为人类文明跃进的重要物质基础。钻木取火实现了从利用自然火到人工火的转变，结束了原始人茹毛饮血的时代，进入以柴薪为主要能源的柴薪时代。柴薪时代持续了将近1万年，直至今天，仍有很多国家以柴薪为主要生活能源。
18世纪末，蒸汽机的发明引发了资本主义国家的工业革命，被誉为“黑金”的煤炭成为工业革命的动力基础，世界进入煤炭时代。19世纪70年代末，内燃机的出现以及电力工业的迅速发展，使煤炭在能源消耗结构中的比重逐渐下降。1965年，石油在世界能耗比重超过煤炭，进入石油时代。我们可以把煤炭和石油时代统称为化石能源时代。因为化石能源储量有限，目前正面临危机，科学家们致力于研究各种新能源。
21世纪将是多元化能源时期。由于世界人口急剧增长和经济发展，世界能源消耗速度明显加快。从课本168页可知，化石能源是当今世界主要能源，且在使用过程中会放出有害气体，同时化石能源储量有限，开采利用后不可再生，如果大规模开采利用不加以控制，不久的将来将会面临枯竭。这三幅图展示了按照如今开采速度，煤、石油、天然气还能开采的年限。从课本169页的STS中我们知道，三次战争都引发了石油危机，由此可见，石油作为经济发展的支柱至关重要，所以开发新能源、提高能源利用率是当今世界的主要课题。随着科学家对物质结构研究不断深入，20世纪40年代，发现了可控制核能释放的装置——反应堆，拉开了以核能为代表的能源利用序幕。接下来进入本次课堂第二部分内容——核能。核能主要学习目标有：了解原子结构，了解核能、核裂变、核聚变，知道核能的优点和可能带来的问题。要了解核能，首先要知道原子结构。通过之前课程我们知道，物质由分子构成，分子由原子构成，原子中间是原子核，核外是高速运动的电子。进一步研究表明，原子核内部还有结构，它由中子和质子组成，质子带正电，中子不带电，质子带电量与核外电子相同，但质量是电子的1836倍，中子和质子质量几乎相同，它们通过强大的核力紧密结合在一起，所以原子核十分牢固，分裂或聚合极其困难。而一旦较大原子核发生裂变，或较小原子核相互结合，都可能释放出能量，这个能量我们称为核能。对于质量较大原子核发生分裂，我们称为核裂变；质量较小原子核相互结合，我们称为核聚变，这也是人类获取核能的两种方式。