师：同学们好，欢迎来到物理课堂。这节课我们学习第二节能源的开发与利用。先来看一则新闻。
今天下午，重庆最高气温再次超过40度，自8月8号以来，重庆已连续9天气温超40度，创下最长纪录。今天，中央气象台已连续27天发布高温预警，连续5天发布最高级别红色预警。昨天，我国有68个国家级气象站高温突破当地历史极值。国家气候中心判断，今年夏天这次高温综合强度达到1961年以来最强。
2022年夏天，世界各地出现极端高温天气，破历史纪录。部分户外高温作业人员爆发热射病，甚至死亡。专家预测，高温天气今后还会频繁出现。地球是人类赖以生存的家园，只有一个，是什么原因导致生态环境遭到破坏？该如何保护地球？带着这些问题，我们来学习本节课知识。请同学们仔细观察图片，通过这些图片，能联想到哪些推动人类社会发展的能源？这些能源是否取之不尽、用之不竭？人类发展离不开能源。
那什么是能源呢？能够为人类提供生活、生产所需能量的物质，统称为能源。像风能、水能、太阳能等，可以长期提供或可再生的能源叫可再生能源。像煤、石油、天然气、铀矿等，一旦消耗就很难再生的能源，叫不可再生能源。材料、信息、能源是当今社会发展的三大基石，能源更是人类社会发展进步的物质基础。人类发现、开发、利用能源的历史，就是认识自然、理解自然的历史。请同学们浏览课本，谈一谈人类开发利用能源经历了哪些历史时期？这些时期代表性能源是什么？对社会发展产生了什么作用？人类对能源的开发与利用大致经历了四个历史时期。
一万年前柴薪生火，标志着人类告别茹毛饮血时代。用火照明、驱赶野兽、加热食物，人的体质得到极大改善，寿命延长。柴薪成为那个时代主要能源。大约200多年前，煤的大量开采使人类利用能源进入崭新时代。以煤做燃料的蒸汽机发明，带来人类历史上第一次工业革命，各种机械及交通工具相继发明，大大提高了社会生产力。19世纪中叶，石油、天然气先后成为人类生产生活广泛使用的能源。石油被誉为现代工业的血液，是国家生存和发展不可或缺的战略资源，对保障国家经济社会发展及国防安全作用巨大。19世纪以来，电磁感应现象发现与发电机发明，使煤、石油等化石能源转化成更便于输送和利用的电能，极大改善了人们生活，将人类快速推进现代文明时代。随着人类对能源需求和依赖增大，开始开发新能源，拉开以核能为代表的第三次能源革命序幕，确保人类可持续发展。那么，化石能源的开发与利用，除推动人类文明进步，还给人类带来了什么呢？我们关注一下环境问题。
请同学们根据视频资料，结合生活了解，说一说化石能源的开采与利用，为什么会导致全球气温升高、环境污染、自然灾害频发？化石能源大量开采使地球千疮百孔，板块间平衡性被破坏，导致塌陷、地震、火山喷发等自然灾害频发。化石能源燃烧会产生大量二氧化碳、二氧化硫和烟尘，二氧化硫进入大气形成酸雨，腐蚀森林和建筑，危害人类健康。工业废气、汽车尾气形成雾霾，污染空气。空气中二氧化碳浓度增大，产生温室效应。全球变暖，两极冰山快速融化，海平面逐年上升，沿海地区面临被淹没风险。
目前，世界能源消耗中90%是不可再生能源，其中石油约占34%，煤约占28%，天然气约占23%。按照目前世界平均开采水平，全球煤炭、石油和天然气还可供人类分别开采113年、53年和55年。不久的将来，这些能源可能枯竭。2022年，全球陷入近50年来最严重能源危机。从英国到德国，从欧洲到亚洲，包括中国和印度在内，世界主要经济体都陷入能源短缺，造成电力供应不足、燃料价格大涨、生产能力减弱、供给秩序大乱、物价上涨。面对日趋严峻的能源危机和环境恶化问题，人类该如何寻找出路？人类要实现可持续发展，必须开发利用清洁、无污染的新型能源。谈到新能源，首先想到太阳能，万物生长靠太阳。太阳是巨大恒星，体积约是地球130万倍，其内部进行大规模核聚变，温度高达2000万摄氏度，每秒照射到地球上的能量相当于500多万吨煤。迄今为止，太阳已照耀地球45亿年，还将继续照耀50亿年。因此，太阳能优点突出，几乎取之不尽、用之不竭，安全、清洁、无污染，且分布广泛，获取方便。同学们知道生活中通过哪些方式利用太阳能吗？请举例说明。
目前人类开发利用太阳能主要有两种方式。一种是光转化为热，像太阳能热水器、太阳灶就是利用光转化为热来加热，利用光转化为热还可发电。这是位于青海省德令哈市戈壁滩上的光热电站，占地2.46平方公里，每年发电量可达270万千瓦，减排二氧化碳2300万吨。另一种是光转化为电，人们利用光照使二极管产生电压的原理制造太阳能电池。在光照条件下，太阳能电池可把光直接转化为便于利用的电能，实现太阳能照明、给家用电器供电、制造太阳能汽车。卫星上的太阳能电池板是卫星正常运行主要能量来源之一。就连飞机也可用太阳能提供动力，下面了解一下。
2017年5月，中国新一代彩虹太阳能无人机完成2万米以上飞行试验，理论上可飞行数月甚至更长时间，堪称空中永动机。我国成为继英美后第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。彩虹太阳能无人机抛弃原有动力模式，采用太阳能作为动力，翼展达45米以上，利用太阳光辐射提供能源，带动电动螺旋桨推进，首飞时飞到2万米临近空间。临近空间指高于普通飞机飞行高度而低于太空飞行器运行空间的区域，高度在海平面2万米到10万米。在这里可收到卫星收不到的低功率传输信号，易实现高分辨率对地观测。和平时期，它可进行临近空间大气研究、天气预报、环境及灾害预测、交通管制监测，提供数据中继和4G、5G通信。
太阳能已广泛应用到各行各业、各个领域，展现巨大实力和潜力。目前，太阳能发电全球发电量占比只有3.5%。而且太阳能比较分散，受季节、天气、地理位置等因素影响较大，仅靠太阳能无法满足人类对新能源的需求。我们都知道二战时美国向日本广岛和长崎投放两颗原子弹，巨大破坏力迫使日本无条件投降，也让世人看到原子核内部巨大能量。1千克的U裂变释放能量相当于2700吨标准煤完全燃烧产生的能量。核能开发利用采用两种方式，一是核裂变释放能量，二是核聚变释放能量。核裂变是较重原子核裂变为较轻原子核的核反应。铀原子核在中子轰击下发生裂变反应，产生大量热量，同时产生2到3个以上中子，继续轰击其他2至3个铀原子核，使这些铀原子核也发生裂变，如此产生越来越剧烈的链式反应。裂变反应若不加以控制，将快速进行，极短时间内释放巨大能量发生强烈爆炸。原子弹就是根据这个原理制造的核武器，给人类带来无尽伤害。如何开发利用核能造福人类？科学家发明可控制裂变反应速度的核反应堆，使裂变反应在可控条件下缓慢进行，实现核能发电。把核反应释放的核能转化为高温高压蒸汽的内能，高温高压蒸汽推动汽轮机转动，转化为汽轮机机械能，汽轮机带动线圈切割磁感线，转化成便于输送和利用的电能。核能发电是和平利用核能的重要途径。目前中国核电全国发电量占比只有5%，核能作为稳定可靠的清洁低碳能源，是我国能源向清洁化、低碳化转型的重要选项。《中国核能发展报告2022》蓝皮书显示，未来我国核能发电占比将持续提高，核能多用途应用范围也不断扩大。