关联展品： 手蓄电池、魔力水车、超导磁悬浮、光伏发电、可再生能源-氢能、核聚变核裂变、PM2.5

讲解主题： 能源创新对环境的影响

选择展品： PM2.5、光伏发电、可再生能源-氢能

辅导对象： 初中九年级（选择该阶段学上进行辅导，一是因为展品的趣味性相对比较低，如果是辅导低年级的学生，可能不容易吸引他们的注意力，而初中九年级的学生，不管是专注度还是自控力等都相对要好很多；二是因为展品所涉及的原理比较难，需要有大量的学科知识储备量，尤其是在物理、化学等基础学科方面。）

切入点： 能源作为国家命脉，我们的生活离不开它。今年两会中“碳达峰、碳中和”，新能源汽车、氢能、新能源消纳、充电桩等，也成为了热点话题。如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球，这已经是一个全球性的重大课题。

辅导形式：采用体验式学习和发现式教学相结合。通过用问题引导，引发学生思考，同时让学生自主体验、探究展品，再联系生活中相关的常识、现象，最终使学生获得认知的这么一个自主学习的过程。

创新点：学校教育大部分是基于教材的授受式教学，而科技馆的展品辅导是将展品化身为实验器材和教具，可以更好地开展基于实物的体验式学习和基于实践的探究式学习。

预期效果：达到让学生了解PM2.5究竟是什么，知道光伏发电、电解水制氢的过程及原理等知识目标；同时使学生领悟到科技创新的重要性，尤其是能源技术的创新对未来环境的深刻影响，让学生理解“绿色出行”、“低碳生活”这些措施对环境保护的重要意义。

从刀耕火种开始，人类社会的文明进步就离不开能源，能源技术推动了经济社会的高速发展。但能源的开发与利用是把双刃剑，它带来社会繁荣的同时，也带来了前所未有的环境危机。

“垃圾围城”、“全球变暖”、“微塑料”、“雾霾”、“PM2.5”，相信同学们对这些名词都不陌生，煤炭、石油等旧化石燃料的过多开发利用，正是导致这些环境问题出现的根本原因。

什么是PM2.5？PM2.5会带来哪些危害？别急，让我们通过面前这件展品来详细了解吧。展项主要由三个部分组成，分别是“颗粒的世界”、“它去哪里了”、“口罩的秘密”。

我们先看“颗粒的世界”，请这位同学按动按钮切换样本，仔细观察PM2.5、PM10和水稻花粉的样本图像，然后对比看看究竟哪个大，哪个最小？你发现PM2.5最小，水稻花粉好像最大。很好，其实这件展品主要是让我们直观上感受PM2.5究竟有多小。PM2.5是指空气动力学当量直径≤2.5微米的颗粒物，而水稻花粉的平均直径在30微米左右，所以显而易见，PM2.5是一种非常小的颗粒污染物，那如果我们吸入这种颗粒物之后会造成什么危害呢？有同学说会咳嗽，有同学说会呕吐，还有同学说会得肺病。究竟会怎样？让我们一起跟随“它去哪里了”的视频，带着问题一起去探究吧。原来直径极小的PM2.5颗粒物能顺利穿过鼻腔中的鼻纤毛的阻挡，从呼吸道到达人体的肺部，由于直径太小没办法排出，这些颗粒物就会在肺泡内沉淀聚集，影响肺的通气功能，最终造成肺气肿，严重的甚至导致肺癌。那戴口罩可以阻挡我们吸入PM2.5颗粒物吗？这个问题就留给同学们自己去思考和探究了。

PM2.5已被公认为是大气环境中危害健康的最主要污染物，而煤炭、石油燃烧排放出的二氧化硫和氮氧化物则是造成PM2.5升高的罪魁祸首。唐太宗李世民曾说“以史为鉴，可以知兴替；以人为鉴，可以明得失。”在吸取前人惨痛教训之后，我们现在面临的是新的能源技术创新，减少化石能源的利用，增加无污染的新能源的开发利用。

现在我们来到的是能源展区，在这里我们将了解中国能源新貌。现代生活离不开“电”，大家知道电从哪来吗？水力发电、核能发电……我听到有同学说到了太阳能，很好，大部分人都知道太阳能发电，但其实太阳能发电也分为两种类型：一种是太阳能光伏发电，另一种是太阳能光热发电。我们今天着重为大家介绍的是光伏发电。在过去天然气应用还不是特别广泛的时候，很多人家里都会用太阳能热水器，这其实是一种太阳能集热器，也算是简单的光热发电吧，但光伏发电就相对比较复杂了。接下来，我们就通过面前的展品来了解一下光伏发电。

首先按动启动按钮，使照明灯发光来模拟太阳光，接着我们来看一看电视、LED灯的运转情况，你们发现了什么？当灯光照射到光伏板上时，电机旋转，LED灯发光。那么现在我们用遮光板遮住灯光，看看是否会发生什么变化？当改变灯光照射到光伏板上的强弱时，电机旋转速度变慢，LED灯亮度也开始变弱。那么这块光伏板中到底隐藏着什么奥秘呢？科学家们发现了一种能够吸收太阳光产生电能的半导体材料，光伏板就是用这种半导体材料制成。光伏发电靠的是半导体的光电效应，也就是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能。

在这件展品中遮光片代表太阳照射到地面需要经过大气层和云层的阻挡。大气层阻挡率为10%，云层阻挡率为5%。当遮光板挡住灯光时，代表太阳光变弱，相对应光伏板输出的电能减少，因此电机的旋转变慢，LED灯也随之变暗。

目前我国的光伏发电技术已经相对成熟，其优势不仅体现在太阳能汽车的制造上，在氢能制备这块也不可或缺。2021年1月，全国首个碳中和垃圾分类站落地四川成都，居民可以投放自己日常产生的可回收物，通过回收抵消碳排放量，还能获得收益。随着“2030年碳达峰，2060年碳中和”任务的提出，氢能似乎成为实现终端燃料脱碳的最终解，又增添了其讨论的热度。那么氢能如何制取？现阶段我国氢能又发展到什么程度了？

我们都知道氢能是一种清洁高效的二次能源，无法直接从自然界中获取，人工制取是唯一的方法。面前的这件展品将会向我们展示：太阳能电解水制氢-氢的存储运输-燃料电池驱动转盘转动的全过程。

按下第一个按钮时，模仿太阳光的灯亮起，光线照到前方的光伏板上发电，利用电能电解水，进而制取氢气和氧气；按动第二个按钮时，氢气和氧气通过特定管道输送，净化后输送至燃料电池；按动第三个按钮时，燃料电池被启动，通过氢与氧的反应产生电能，最终驱动转盘转起。

目前主流制氢路线中，煤炭、天然气等化石燃料制氢是当前国内成本最低的制氢路线。虽然电解水制氢，特别是可再生能源电力制氢非常热门，但目前电解水占所有制氢方式的比重仅为3%~5%。因为现阶段大规模电解水制氢仍然存在诸多问题，其中最主要受成本制约。即使制氢成本得到大幅下降，在经过存储、运输多个环节后终端氢气价格仍居高不下。只有当氢气大规模存储、运输等技术瓶颈得到解决，且下游需求如氢燃料电池得以激发的情况下，大规模电解水制氢才可以实现商业模式上的闭环。

纵观人类能源转型历史，可以发现从高碳到低碳、从低密度到高密度转变的明显趋势。人类学会用火标志着柴新时代的开始，第一次工业革命伴随着煤炭的大量使用，石油的开采极大推进了现代文明，而我们现在正处在大规模可再生能源替代化石能源的转换期，那么下一次能源革命会是更加清洁高效的氢能时代吗？我们拭目以待！