教科版九年級(jí)物理下冊(cè)第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)

第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)1.能量守恒定律

能量是對(duì)一切宏觀微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的描述。相應(yīng)于不同形式的運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)不同能量，能量亦簡(jiǎn)稱能。你知道什么是能量嗎？導(dǎo)入新課1.了解各種不同形式的能，知道能量是一個(gè)重要的物理量。2.理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。3.能用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解釋實(shí)際問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.常見的能量：機(jī)械能、內(nèi)能、電能、光能，電磁能、化學(xué)能、原子能、生物能、太陽能等。你能說出下圖中各物質(zhì)具有什么能量嗎？

從八年級(jí)上冊(cè)第二章就開始接觸能量，你能說出常見的能量有哪些嗎？講授新課一、形形色色的能2.討論交流：物體具有的能量在空中運(yùn)動(dòng)的皮球一縷陽光

在空中運(yùn)動(dòng)的皮球具有機(jī)械能，一縷陽光具有太陽能，太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的能，來自太陽的輻射能量。燙手的暖氣片電池

暖氣片內(nèi)的水中，大量水分子在做無規(guī)的熱運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能。電池一旦接入閉合回路，它內(nèi)部的化學(xué)成分將持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，它具有化學(xué)能。

自然界中，能量不僅可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，不同形式能量之間還可以相互轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能二、不同形式能量的相互轉(zhuǎn)化

皮球從空中落向地面時(shí)，皮球的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為它的動(dòng)能；將電池接人電路中，電池儲(chǔ)存的化學(xué)能便轉(zhuǎn)化為了電能。同時(shí)電燈發(fā)出光和熱，電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能。動(dòng)能與勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）不斷相互轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能1.觀察你能說出下面能量之間的轉(zhuǎn)化嗎？小球上下運(yùn)動(dòng)

由a點(diǎn)出發(fā)，以速度v運(yùn)動(dòng)的木塊在摩擦力作用下到b點(diǎn)停止，木頭的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

小球左右擺動(dòng)，動(dòng)能、勢(shì)能不斷相互轉(zhuǎn)化，在最高點(diǎn)時(shí)勢(shì)能最大在最低點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大。vab2.電能發(fā)電機(jī)發(fā)電，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能電動(dòng)機(jī)工作，把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能

使用電熨斗，把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能；給電池充電，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能……我們?cè)谏a(chǎn)、生活、工作中不斷地將一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量。洗衣、除塵、健身通信餐飲交通電能照明娛樂空調(diào)、冷藏

從能量利用和轉(zhuǎn)化角度來講，現(xiàn)代化的生活就是以電能為中心的能量轉(zhuǎn)化和利用的過程。輻射到地球的太陽總功率1.7×1017W發(fā)電機(jī)水力太陽能熱水器風(fēng)的形成水循環(huán)動(dòng)植物生長燃饒食品化工原料燃?xì)庠顧C(jī)床

汽車照明筆記本電腦電熨斗電車家庭影院風(fēng)力煤石油3.觀察下圖說出能量來源

通過上圖可以發(fā)現(xiàn)，我們生產(chǎn)、生活中利用的能量追根溯源，大都來自太陽。太陽的輻射，向地球傳遞了巨大的能量。

我們?cè)诹W(xué)部分已知道，在只有重力或彈力對(duì)物體做功的條件下(或者不受其他外力的作用下），物體的動(dòng)能和勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。三、能量守恒定律思考：為什么小球擺動(dòng)過程中達(dá)到的最高點(diǎn)越來越低？為什么機(jī)械鐘要定時(shí)上發(fā)條？

這是因?yàn)樾∏蚧蜱姅[在擺動(dòng)過程中受到了空氣的阻力，不斷產(chǎn)生熱量所以機(jī)械能不守恒。但是如果把小球或鐘擺和空氣分子的內(nèi)能加上，總能量仍然不變。能量守恒定律

大量事實(shí)表明，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)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。所有能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程，都遵守能量守恒定律。1.永動(dòng)機(jī)

不消耗能量，就可以永遠(yuǎn)地運(yùn)動(dòng)下去，并連續(xù)不斷地做功的機(jī)器。

有些永動(dòng)機(jī)，看上去制作得十分巧妙，但由于違背科學(xué)規(guī)律，都失敗了。永動(dòng)機(jī)的失敗，從反面證明了能量守恒定律的正確性。四、永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的一種失敗的永動(dòng)機(jī)2.如圖所示是達(dá)·芬奇設(shè)想的永動(dòng)機(jī)，你認(rèn)為能實(shí)現(xiàn)嗎？________，請(qǐng)說明理由。

水銀的流動(dòng)能不能使這個(gè)輪子不停地轉(zhuǎn)下去呢？不能違背能量守恒定律【分析】雖然自然界中的能量是守恒的，它既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，但由于自然界里無論什么運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生熱，熱向四周擴(kuò)散，成為無用的能量。如不補(bǔ)給能量，任何運(yùn)動(dòng)著的機(jī)器都會(huì)停下來?！窘獯稹拷o永動(dòng)機(jī)一個(gè)動(dòng)力后，由于水銀的流動(dòng)，永動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)能夠保持轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于摩擦力的存在，將有一部分能量以熱量的形式散失掉，如果不補(bǔ)充能量，則機(jī)器不能永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以自然界中不可能存在永動(dòng)機(jī)，它違背了能量守恒定律。故答案為：不能；違背能量守恒定律。3.討論交流：分析一種永動(dòng)機(jī)一位“發(fā)明家”設(shè)計(jì)的一種永動(dòng)機(jī)。他的設(shè)想是：利用上水池的水向下的沖力使水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后，利用發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)抽水機(jī)把下水池的水再抽回上水池。這樣不斷循環(huán)下去，就可以制成一個(gè)永動(dòng)機(jī)。在此過程中，水輪發(fā)電機(jī)還可以抽出一部分電能供用電器使用。真是一種美妙的設(shè)想！遺憾的是，這個(gè)永動(dòng)機(jī)不能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。你能分析一下這種永動(dòng)機(jī)失敗的原因嗎？上水池下水池抽水機(jī)用電器水輪發(fā)電機(jī)一種永動(dòng)機(jī)的示意圖【分析】在能量轉(zhuǎn)化的過程中，總會(huì)有一部分能量以熱的形式向四周擴(kuò)散，成為無用的能量，所以抽水機(jī)的機(jī)械能會(huì)逐漸減小?！窘獯稹坑绖?dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槌樗畽C(jī)在此過程中，有部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即機(jī)械能會(huì)逐漸減少，所以機(jī)械能總量不守恒，永動(dòng)機(jī)裝置不能實(shí)現(xiàn)。能量守恒定律形形色色的能量不同形式能量的轉(zhuǎn)化能量守恒定律永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的課堂小結(jié)1.下列說法中正確的是（）A.冬天對(duì)著手哈氣，手變暖是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.用酒精燈給水加熱，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.高速行駛的汽車爆胎是很危險(xiǎn)的，從能量角度來看，是機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化D.滑冰時(shí)冰刀與冰之間相互摩擦，出現(xiàn)一道痕跡，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C隨堂訓(xùn)練2．生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例很多。下列描述中，錯(cuò)誤的是（）A.摩擦生熱是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.摩擦起電是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵把水送到高處是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.燃料燃燒放熱是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B3．美國哈弗大學(xué)的學(xué)生設(shè)計(jì)制作了一種發(fā)電足球，球在被踢的過程中，其內(nèi)部裝置能夠發(fā)電，并將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，用來點(diǎn)亮LED燈，該過程中的能量轉(zhuǎn)化形式是（）A.動(dòng)能→電能→化學(xué)能→光能B.電能→動(dòng)能→化學(xué)能→光能C.動(dòng)能→電能→光能→化學(xué)能D.電能→動(dòng)能→光能→化學(xué)能A4．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例，你認(rèn)為說法正確的是（）A.水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.電動(dòng)機(jī)工作：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C.燃料燃燒：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.汽油機(jī)的壓縮沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)2.能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移無處不在。然而，許多情況雖然并不違背能量守恒定律，但在實(shí)際情形中卻不會(huì)發(fā)生，這是為什么呢？這是因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)化具有方向性。導(dǎo)入新課1.認(rèn)識(shí)到能量轉(zhuǎn)移具有方向性。2.認(rèn)識(shí)能量轉(zhuǎn)化效率。學(xué)習(xí)目標(biāo)思考：水能從低處往高處流嗎？水能自發(fā)地從低處往高處流嗎？用抽機(jī)就能實(shí)現(xiàn)水從低處往高處流。

如果水是自發(fā)地流只能從高處往低處流，同樣能量的自發(fā)流向也不是隨意的，即能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。講授新課一、能量轉(zhuǎn)化的方向性1.討論交流：這些情形可能嗎？

試看分析以下過程能否實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)現(xiàn)過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。（1）一杯水靜置一段時(shí)間后，其中的一部分水自行從另一部分水中吸取熱量，沸騰成水蒸氣?另一部分水則內(nèi)能減少，凝結(jié)成冰?

熱傳遞的過程是有方向性的，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。注意：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移而不會(huì)自發(fā)地由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。（2）枯萎的花兒，自發(fā)從空氣中吸取能量和水分，重?zé)ㄇ啻?？枯萎的花兒，也不可能自發(fā)從空氣中吸取能量和水分。（3）坡底的巨石從周圍環(huán)境中獲取能量，滾向坡頂？

機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化！

（4）汽車從北京開到天津，掉轉(zhuǎn)車頭，可以不再消耗新的燃料，從空氣、尾氣中吸取能量，返回北京？返程不再耗油…….

這是不可能的。因?yàn)楸黄渌镔|(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。

通過以上的分析很明顯這些過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中也從未看到這樣的現(xiàn)象發(fā)生過。自然界中許多自發(fā)的過程都是有方向的，或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也是有方向的。2.能量流動(dòng)具有方向性（1）轉(zhuǎn)移的方向性

熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，反之要想使熱量自發(fā)地從低溫物體流入高溫物體是不可能的。但如果有外界適當(dāng)?shù)母深A(yù)，或滿足一定的條件，熱量可以從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。

例如，空調(diào)可以將熱量從低溫的室內(nèi)移至高溫的室外，但外界必須做功，這種轉(zhuǎn)移才是可能的，空調(diào)不開不做電功，這種轉(zhuǎn)移就是不可能的。（2）轉(zhuǎn)化的方向性指內(nèi)能和其他形式的的能量（如電能、機(jī)械能等）的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。其他形式的能量可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。

例如，鐘表在再次上緊發(fā)條之前,終會(huì)停下,機(jī)械能終會(huì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，內(nèi)能不可自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

總之如果某個(gè)過程涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）就將是“覆水難收”，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費(fèi)額外的能量提供幫助。思考：因?yàn)槟芰渴鞘睾愕?，所以我們不需要?jié)約能源，這種說法對(duì)嗎？并說明原因。

現(xiàn)實(shí)的宏觀世界中，物體間一旦存在溫差，就會(huì)有熱量的傳遞；摩擦無處不在，機(jī)械能會(huì)不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。我們對(duì)能量的利用，無法避免涉及熱量的生成與轉(zhuǎn)移。于是，每一次能量的利用。都會(huì)減少這個(gè)世界上可利用、便于利用的能量的總量。這種說法不正確，因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化具有方向性。

這就是為什么雖然能量是守恒的，我們?nèi)匀灰?jié)約能源的原因。

在實(shí)際工作和生活中，人們把一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量總是為了某種目的。

用燃?xì)庠顭?，目的是為了把水燒熱或燒開；并希望燒水時(shí)將天燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量完全傳遞給水壺中的水。

使用電梯是為了把人或物體提高到一定的高度；并希望每消耗1千瓦時(shí)的電能完全轉(zhuǎn)化成人或物體的勢(shì)能。二、能量轉(zhuǎn)化中的效率

生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這些理想都不可能發(fā)生在所有的能量利用過程中，能量損耗不可避免。以天燃?xì)鉄粔厮疄槔?.輸入能量

我們把天然氣完全燃燒釋放出的化學(xué)能稱為輸入能量。3.輸出無效能量

把散發(fā)到大氣、壺體中的那部分能量稱為輸出無效能量。2.輸出有效能量

壺水水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量。輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量4.輸入能量、輸出有效能量和輸出無效能量的關(guān)系根據(jù)能量守恒定律：

為了進(jìn)一步描述這些過程，人們定義了能量的轉(zhuǎn)化效率。5.能量轉(zhuǎn)化效率即η=，任何情況下，η<1!能量轉(zhuǎn)化效率=輸出有效能量輸入能量

其實(shí)，在所有的能量利用的過程中，都有以上的關(guān)系。W有W總討論交流各種“效率”

在“機(jī)械與功”一章中，我們研究了機(jī)械效率，即有用功在總功中所占的比例；在“改變世界的熱機(jī)”一章中，我們又知道了熱機(jī)的效率，即內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械能的效率。這些效率，跟我們今天學(xué)習(xí)的“能量轉(zhuǎn)化效率”是一回事嗎？為什么？機(jī)械效率定義:有用功在總功中所占的百分比，叫機(jī)械效率，機(jī)械效率總小于1。熱機(jī)效率：熱機(jī)所做有用功（有效利用的能量）與燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫作熱機(jī)效率。熱機(jī)工作時(shí)總是有能量的損失，所以熱機(jī)效率始終小于1。

提高能量利用中的轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核心，是可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。能量轉(zhuǎn)化效率=輸出有效能量輸入能量即都可表示為：（一）能量的轉(zhuǎn)化具有方向性涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）是有方向的，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費(fèi)額外的能量提供幫助。（二）能量轉(zhuǎn)化中的效率輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量。能量轉(zhuǎn)化效率=輸出有效能量/輸入能量。即η=W有/W總，任何情況下，η<1!課堂小結(jié)1.一般情況下，

能只能從高溫問題轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反。如冬天，火爐把自己能傳遞給房間里的空氣，供人們?nèi)∨坏搅舜禾?，我們不能把這些能量重新收集起來供來年再用，上述事例說明：能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有

性的；請(qǐng)?jiān)倥e一個(gè)符合這一規(guī)律的例子：

內(nèi)方向

物塊在地面上因摩擦部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能不會(huì)再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。隨堂訓(xùn)練2．下列說法正確的是（）A．能量是守恒的，所以無須節(jié)約能源B．物體的溫度越高，含有的熱量越多C．熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反D．相同質(zhì)量的0℃的水比0℃的冰內(nèi)能少C3．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性的說法中，不正確的是（）A．在自然界中不是所有能量都能利用B．能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的C．不同溫度的物體發(fā)生熱傳遞時(shí)，熱傳遞的方向只能從高溫物體到低溫物體，不會(huì)相反D．汽車，剎車時(shí)，車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能可以收集起來，再作為車行駛的動(dòng)力D4.提高能量的利用效率，除了不隨便浪費(fèi)能源外，主要還需改進(jìn)應(yīng)用能源的技術(shù)常采用的措施有（）A．讓燃料充分燃燒B．采用保溫隔熱措施，減少熱量的散失C．充分利用余熱和減少有害摩擦D．增加能量的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)ABC第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)3.能源

我們時(shí)刻都在經(jīng)歷能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程。那么，能量來自哪里？能量可以取之不盡、用之不竭嗎？這就要考慮能源問題。導(dǎo)入新課1.記住什么是能源以及能源的種類。2.常識(shí)性了解什么是不可再生能源，什么是可再生能源。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能源

能量的來源，像煤、天燃?xì)?、汽油、水流、風(fēng)、電、太陽光等能夠提供能量的物質(zhì)資源，我們把它們都叫作能源。2.

能否直接從自然界直接獲取講授新課一、能源的分類一次能源二次能源

（1）一次能源：是指從自然界直接取得，而不改變其基本形態(tài)的能源，如：煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、核能、海洋能、生物質(zhì)能等。有時(shí)也稱為初級(jí)能源。（2）二次能源：是一次能源經(jīng)過加工，轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源，如電力、蒸汽、焦炭、沼氣、汽油、柴油、煤氣等。3.當(dāng)前是否被廣泛利用（1）常規(guī)能源是指當(dāng)前被廣泛利用的一次能源，如：煤、石油等。常規(guī)能源新能源柴火是一種常規(guī)能源（2）新能源則是目前尚未廣泛利用而正在積極研究以便推廣的一次能源。如：太陽能、核能、潮汐能等。太陽能核能（1）不可再生的能源:是須經(jīng)地質(zhì)年代（億萬年）才能形成而短期內(nèi)無法再生的一次能源，如煤、石油、核燃料等。4.短期內(nèi)是否能夠不斷補(bǔ)充可再生能源不可再生能源它們?nèi)諠u枯竭，存儲(chǔ)量已經(jīng)不多，如下表：地球上不可再生能源情況種類儲(chǔ)量（按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)）／1012kg已探明潛在煤9002700石油10036天燃?xì)?460鈾13001600

人類目前主要利用的就是這類能源。因此有“能源危機(jī)”之說。

（2）可再生的能源：是能夠不斷得到補(bǔ)充以供使用的一次能源，如水力、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能等。一種應(yīng)用前景最廣闊的生物質(zhì)能——沼氣。討論交流能源的分類

能源種類繁多，分類標(biāo)準(zhǔn)也不是唯一的。如果根據(jù)能源消耗后是否造成環(huán)境污染來分類，可分為污染型能源和清潔型能源。請(qǐng)?jiān)囍治觯好禾?、風(fēng)能、潮汐能、石油、水力、電力、太陽能、柴火、地?zé)崮?、核能以及所能了解的其他類型能源中，哪些屬于污染型能源，哪些屬于清潔型能源。污染型能源清潔型能源煤炭、石油、柴火風(fēng)能、潮汐能、水力、電力、太陽能、地?zé)崮?、核能是否造成環(huán)境污染來分類

世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，伴隨著能源需求的迅速增長。目前，世界各國已充分認(rèn)識(shí)到地球上傳統(tǒng)的一次能源儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類長期的需要。二、世界能源儲(chǔ)量及需求

專家預(yù)測(cè)，據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，到2005年，全國一次能源生產(chǎn)量為12.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭為7.85億噸標(biāo)準(zhǔn)煤(折合11億噸原煤)，仍占63.8%。專家預(yù)測(cè)，在本世紀(jì)前30年內(nèi)，煤炭在我國一次能源構(gòu)成中仍將占主體地位。按現(xiàn)有的能源消耗量來計(jì)算,我國煤、石油、天然氣等不可再生能源的開采年限僅為40年。人類對(duì)能源需求情況年份需求量（按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)）/（1012kg）年份需求量（按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)）/（1012kg）19807.5202015.019847.8204018.0200011.0206021.0

研究開發(fā)新能源，以減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴程度，是世界各國面臨的重要任務(wù)。（一）能源的分類1.能否直接從自然界直接獲取:一次能源；二次能源。2.當(dāng)前是否被廣泛利用:常規(guī)能源；新能源。3.短期內(nèi)是否能夠不斷補(bǔ)充:可再生能源；不可再生能源。（二）世界能源儲(chǔ)量及需求研究開發(fā)新能源，以減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴程度，是世界各國面臨的重要任務(wù)。課堂小結(jié)1.下列能源屬于不可再生能源的有（）A.水能B.煤C.太陽能D.風(fēng)能B2.下列能源中屬于二次能源的是（）A.天然氣B.電C.太陽能D.地?zé)崮蹷隨堂訓(xùn)練3.解決人類對(duì)能源需求問題的根本出路是(

)A.積極尋找富含能源的星球供人類定居B加快開采地球上的化石燃料資源C.依靠科學(xué)技術(shù),不斷開發(fā)新能源D.盡可能節(jié)約能源C4.下列不屬于能源的是(

)汽油機(jī)B.流動(dòng)的空氣C.地下熱水D.天然氣A5.中國目前使用的能源中所占比重最大的是(

)水能和地?zé)崮蹷.煤和石油C.核能和潮汐能D.太陽能B6.給出的四組能源中，均為可再生能源的一組是(

)A.太陽能、水能、風(fēng)能B.天然氣、石油、氫能C.地?zé)崮?、核能、煤炭D.潮汐能、核能、石油

A第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)4.核能

我們已經(jīng)知道物體是由分子組成分子又是由原子組成，原子核又是由什么組成的呢？我們?cè)诎四昙?jí)上冊(cè)第二章第一節(jié)物理在線中曾提到過盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，你還記得嗎？導(dǎo)入新課盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型核外電子原子核原子是由原子核和核外電子組成的。1.了解核能、核裂變和核聚變。2.了解核能的優(yōu)點(diǎn)，還要知道它可能帶來的問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過長時(shí)間的探索，到1932年，物理學(xué)家終于發(fā)現(xiàn):原子核是由質(zhì)子和中子組成的。原子核質(zhì)子中子電子講授新課一、原子核核能

思考：許多帶正電的質(zhì)子擁擠在一個(gè)小小的原子核中，它們之間必定會(huì)產(chǎn)生很大的相互排斥力。那么，為什么原子核里的質(zhì)子和中子還能緊緊地結(jié)合在一起呢?2.核力我們知道質(zhì)子帶正電，中子不帶電。質(zhì)子中子

原來原子核內(nèi)的各個(gè)粒子質(zhì)子和中子是通過一種叫作“核力”的作用力使它們能緊緊地結(jié)合在一起。

大部分元素的原子核是牢固而穩(wěn)定的，而有些原子核會(huì)按照一定的規(guī)律發(fā)出射線變成新的原子核。這就是放射性。3.元素的放射性4.核能（1）核能：在原子核發(fā)生變化時(shí)放出的能量。（2）我們?cè)鯓永迷雍藘?nèi)的這種巨大的能量呢?重核裂變和輕核聚變

質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合時(shí)，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能，也就是人們常說的原子能。1.裂變：重原子核分裂成較輕的原子核，叫裂變。中子nnnn裂變核裂變核裂變核

如圖用中子轟擊U核質(zhì)量較大的原子，使U核分裂成兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量原子核的過程就是裂變的過程。二、核裂變能及其利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖2.用中子轟擊鈾核，鈾核發(fā)生裂變，放出能量。鈾核分裂的同時(shí)放出2～3個(gè)中子，又可以轟擊其他鈾核，使它們也發(fā)生裂變。于是裂變反應(yīng)便會(huì)鏈鎖式地自行持續(xù)下去。這種現(xiàn)象叫作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)如果是在一瞬間進(jìn)行那將是劇烈的爆炸。原子彈的爆炸就是鈾核或钚核裂變發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的結(jié)果。思考：核能這么巨大，難道只能用于戰(zhàn)爭(zhēng)嗎？如何才能有效地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？3.核電站（1）核反應(yīng)堆：是一種能夠控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。（2）核電站：利用核反應(yīng)堆工作時(shí)釋放的能量使水汽化，推動(dòng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)（二回路系統(tǒng)）核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)（一回路系統(tǒng)）冷凝器水排水進(jìn)水加壓的水（冷卻劑）蒸汽水核反應(yīng)堆蒸汽熱交換機(jī)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸蒸汽腔混凝土保護(hù)層鐵殼石墨鈾鎘或硼泵核電站示意圖①思考：由上圖可知核反應(yīng)堆有厚重的保護(hù)層，這是為什么呢？

這是因?yàn)橛糜诤朔磻?yīng)的燃料，是具有強(qiáng)烈放射性的物質(zhì)，能夠發(fā)出射線。如果沒有足夠的保護(hù)措施，這些射線會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重傷害。②能量轉(zhuǎn)化：核能內(nèi)能機(jī)械能電能（3）核電站的優(yōu)點(diǎn)1.核電站消耗的燃料很少，可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。例如：一座1.0×l06kW的核電站，每年約消耗30t鈾燃料，而同樣功率的火力發(fā)電站卻要消耗約3.0×106t煤。2.核電站沒有煤燃燒放出的大量硫化物、碳氧化物、煙塵等，不會(huì)對(duì)大氣造成污染。討論交流：核泄漏閱讀52頁討論交流回答下列問題：1、大家擔(dān)心的是什么？2、怎樣減少核輻射對(duì)人體的危害？（4）注意防止放射性物質(zhì)的泄露，導(dǎo)致產(chǎn)生放射性污染。1.核燃料的放射性對(duì)人體造成的嚴(yán)重傷害。2.對(duì)于輻射強(qiáng)度超過國家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)，一定要防止其擴(kuò)散，人體切莫隨便靠近。距離防護(hù)：遠(yuǎn)距離操作，任何源不能直接用手操作。屏蔽防護(hù)：根據(jù)輻射源的類型、射線能量、活度設(shè)置屏蔽體，例如：核廢料也有很強(qiáng)的放射性，目前一般都將其放入特制的容器內(nèi)深埋封存。1.聚變：輕原子核結(jié)合成較重的原子核，也會(huì)釋放核能，這種核反應(yīng)叫聚變。為什么聚變又叫熱核反應(yīng)呢？

原子核帶有正電，兩個(gè)較輕的核在靠近過程中，彼此排斥，難以接近，所以把它們加熱到足夠高的溫度使這些粒子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)極其劇烈。以至于會(huì)有原子核在碰撞過程中靠得足夠近，從而發(fā)生聚變。因此聚變也常稱為熱核反應(yīng)。三、核聚變氘核氚核被釋放的中子釋放能量形成氦核中子氫核聚合氫核聚變

氫的同位素氘和氚，其原子核在超高溫下就可能聚合成氦核，釋放出巨大的能量。

可能有的同學(xué)會(huì)產(chǎn)生疑惑：使反應(yīng)物獲得極高的溫度，要消耗不少能量，一旦發(fā)生聚變，獲得的核能能彌補(bǔ)之前的付出嗎？不會(huì)有“入不敷出”的現(xiàn)象發(fā)生吧？

事實(shí)上，聚變釋放的核能遠(yuǎn)大于我們“點(diǎn)火”所需的能量。太陽的能量，就來自核聚變——這把“火”自從46億年前“點(diǎn)燃”后，至今未熄。

太陽內(nèi)部發(fā)生的聚變反應(yīng)，每秒鐘把7×108t的氫變?yōu)楹ぁ?.聚變的應(yīng)用氫彈就是根據(jù)核聚變?cè)碇瞥傻?，它的威力比原子彈大得多?/p>

雖然在消耗相同質(zhì)量核燃料的情況下，核聚變比核裂變放出的能量大得多，但是核聚變需要在極高的溫度下才能進(jìn)行，現(xiàn)在人類還不能像控制核裂變那樣控制核聚變?？煽睾司圩兊难芯恳言趯?shí)驗(yàn)室取得重大進(jìn)展，但是可控核聚變的利用還有相當(dāng)長的路程要走。3.可控核聚變（一）原子核核能1.原子核是由質(zhì)子和中子組成的。2.獲得核能兩種方式：重核裂變和輕核聚變。（二）核裂變能及其利用1.裂變：重原子核分裂成較輕的原子核，叫裂變。2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可制成原子彈。3.核電站的主要組成部分及能量轉(zhuǎn)化。課堂小結(jié)（三）核聚變1.原子核結(jié)合成較重的原子核，也會(huì)釋放核能，這種核反應(yīng)叫聚變。2.氫彈就是根據(jù)核聚變?cè)碇瞥傻摹?._____________________________________________________叫裂變。為了有效、和平利用核裂變時(shí)所產(chǎn)生的能量，科學(xué)家們研制成了_______________，從而使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工的控制下緩慢進(jìn)行。核裂變除了可以用于發(fā)電外，在軍事上還可以做成威力強(qiáng)大的______________。原子彈質(zhì)量較大的原子核分裂成兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量核的過程核反應(yīng)堆隨堂訓(xùn)練2.核電站是利________發(fā)電的電站，目前已有的核電站都是利用_______反應(yīng)產(chǎn)生的能量來發(fā)電的，核電站的主要組成部分是反應(yīng)堆、___________、_________、發(fā)電機(jī)等。熱交換器核能核汽輪機(jī)3.核能是________________發(fā)生變化的過程中釋放出的能量，它又叫________能。獲得核能的兩條途徑是___________和___________。輕核聚變?cè)釉雍藘?nèi)部結(jié)構(gòu)重核裂變4.核電站是利用___________________________的能量來發(fā)電的。它的優(yōu)點(diǎn)是只需消耗很少的__________，就可以產(chǎn)生大量的________能。原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所產(chǎn)生

核燃料

電5.核能來源于（）

A.質(zhì)子的內(nèi)能B.中子的動(dòng)能

C.電子的勢(shì)能D.原子核的結(jié)合能D第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)5.能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展

人類在利用能源的過程中會(huì)遇到很多問題，如：隨著傳統(tǒng)型能源的開采帶來的“能源危機(jī)”、污染物的產(chǎn)生等等。

思考：怎么解決這些問題？導(dǎo)入新課1.能夠區(qū)別能源從不同角度劃分的種類，并且能舉出實(shí)例。2.了解某些常規(guī)能源儲(chǔ)量的有限性。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能源利用中的問題主要包括三個(gè)方面（1）傳統(tǒng)能源煤、石油、天然氣隨著不斷開采會(huì)逐漸枯竭，人們稱為“能源危機(jī)”。煤石油天然氣講授新課一、能源利用中的問題及相應(yīng)對(duì)策（2）能源利用中硫化物、碳氧化物和粉塵的大量排放對(duì)環(huán)境及生態(tài)造成破壞。（3）突發(fā)事件引起能源短缺或能量供應(yīng)中斷——能源安全問題。2.相應(yīng)對(duì)策（1）必須形成全民節(jié)能意識(shí)，注重技術(shù)創(chuàng)新，提高能源利用效率