初中物理九年級(jí)全一冊(cè)能源的開發(fā)和利用“江南聯(lián)賽”一等獎(jiǎng)

第二節(jié)能源的開發(fā)和利用提供能量的資源。（如煤炭、石油、天然氣等，它們?nèi)紵a(chǎn)生能量，因此它們是能源。）能量：物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個(gè)物體具有能量。（如機(jī)械能，內(nèi)能，電能等。）能源：新知探究一、能源與社會(huì)人類從鉆木取火學(xué)會(huì)了利用柴薪為主要能源人類利用能源的歷史古代農(nóng)耕社會(huì)，利用人力，畜力，自然界的風(fēng)力水力截至2013年，全球煤炭、石油、天然氣剩余探明可采儲(chǔ)量分別為8915億噸、2382億噸和186萬億立方米，折合標(biāo)準(zhǔn)煤共計(jì)1.2萬億噸。按照目前世界平均開采強(qiáng)度，全球煤炭、石油和天然氣分別可開采113年、53年和55年。煤炭、石油等直接燃燒用來生產(chǎn)電能與熱能實(shí)在太可惜了，且不說可能帶來的環(huán)境污染，它們還是很好的化工原料呢！人類利用能源的歷史現(xiàn)代常規(guī)能源使用人類利用能源的歷史核能的使用風(fēng)能的使用水利發(fā)電新能源汽車的使用新能源【一次能源】從自然界可以直接獲取的能源。

例：所有化石燃料、太陽能、風(fēng)能、水能、核能、地?zé)崮堋⒊毕艿?。例：電能、煤氣等?！径文茉础繌淖匀唤绮荒苤苯荧@取，需要消耗一次能源才能獲得的能源?！究稍偕茉础繌淖匀唤缈梢猿掷m(xù)獲取的能源?！静豢稍偕茉础繌淖匀唤绮荒艹掷m(xù)獲取的能源。例：太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、潮汐能。例：所有化石燃料、核燃料。②按能源的持續(xù)性分

能源的分類①能源以是否能直接使用來劃分【常規(guī)能源】已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和使用的能源。例：水能、煤炭、石油、天然氣【新能源】沒有大規(guī)模生產(chǎn)和使用的能源。例：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋淠堋厩鍧嵞茉础繉?duì)環(huán)境污染很小的能源例：太陽能、水能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮堋痉乔鍧嵞茉础繉?duì)環(huán)境污染很大的能源例：所有化石燃料③按能源的使用規(guī)模分④按能源的使用后果分例、日常生活中常用的能源有哪些?例、下列能源中，屬于可再生能源的是（）

A.煤炭 B.石油C.風(fēng)能 D.核能例、人類社會(huì)的進(jìn)化發(fā)展過程，就是一部開發(fā)、利用能源的歷史。四五十萬年前，

揭開了人類利用能源的序幕；18世紀(jì)

的發(fā)明，引發(fā)了世界性的工業(yè)革命；19世紀(jì)

的大量使用，將人類社會(huì)推進(jìn)到現(xiàn)代文明時(shí)代；20世紀(jì)初

的發(fā)現(xiàn)和利用，為人類的明天描繪了燦爛的藍(lán)圖。例、下列能源中，屬于常規(guī)能源的是（）

A.天然氣 B.核能C.太陽能D.氫能火的使用蒸汽機(jī)電能核能CA例、下圖所示為2005年各種能源在世界能源產(chǎn)量的份額比例，由此可知（）

A.天然氣是當(dāng)前世界的主要能源

B.煤炭在世界能源產(chǎn)量中略高與25％

C.核能發(fā)電站位居能源產(chǎn)量第3位

D.圖中能源都是不可再生能源B人類

二能源與環(huán)境人類將如何才能解決好使用能源與保護(hù)環(huán)境這一問題呢？【解決途徑】②開發(fā)新能源。①提高能源的利用率。①常規(guī)能源儲(chǔ)量有限，開發(fā)不合理，浪費(fèi)嚴(yán)重。②人類社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求日益增加。【現(xiàn)狀成因】我國(guó)能源供需緊張，制約社會(huì)發(fā)展，環(huán)境污染嚴(yán)重優(yōu)先開發(fā)利用核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能。三、開發(fā)新能源?！灸茉船F(xiàn)狀】1、核能1934年，意大利物理學(xué)家費(fèi)米用中子轟擊原子核，發(fā)現(xiàn)原子核分裂產(chǎn)生能量很強(qiáng)。因此獲38年諾貝爾物理獎(jiǎng)?！景l(fā)現(xiàn)歷程】【重核裂變】1939年，費(fèi)米進(jìn)一步提出鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念。核能釋放方式①1、核能【開發(fā)應(yīng)用】即一個(gè)重核可裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等質(zhì)量的核，從而獲得原子能。1.swf

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的較輕原子核，在極高的溫度和極大的壓力下非?？拷鼤r(shí)，它們聚合在一起而形成一個(gè)較重的新原子核，同時(shí)釋放出更為巨大的能量。因?yàn)楹司圩儽仨氃跇O高的溫度約1億℃才會(huì)發(fā)生，所以也叫熱核反應(yīng)。如何利用好核反應(yīng)中產(chǎn)生的巨大能量呢？1、核能【開發(fā)應(yīng)用】核能釋放方式②【輕核聚變】【思考】【核武器研究】1939年9月1日，第二次世界大戰(zhàn)正式打響。1933年，愛因斯坦移居美國(guó)。1938年，費(fèi)米逃往美國(guó)。德國(guó)尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、勞厄、哈恩、蓋革等核物理專家。1939年，愛因斯坦等科學(xué)家努力說服美國(guó)總統(tǒng)羅斯福搶在德國(guó)之前抓緊研制原子彈。1940年，美國(guó)政府正式大量撥款，啟動(dòng)“曼哈頓工程”。1943年1月－1945年7月，奧本海默主持原子彈研制。曼哈頓工程：動(dòng)員50萬人，耗費(fèi)22億美元，占用全國(guó)三分之一的電力。1、核能【應(yīng)用方向】1945年7月16日第一顆原子彈試爆成功。1、核能【核武器研究】【應(yīng)用方向】1945年8月6日，鈾彈小男孩投到廣島；“小男孩”原子彈爆炸地點(diǎn)在廣島市中心偏西北處，爆炸威力相當(dāng)于１.8萬噸ＴＮＴ炸藥，頃刻間產(chǎn)生了30萬度的高溫，正處于爆炸中心的外科醫(yī)院所有的人和設(shè)施轉(zhuǎn)瞬就化為灰燼，距爆心半徑一千米范圍內(nèi)的花崗巖都融化了，時(shí)速高達(dá)五六十千米的強(qiáng)烈沖擊波將距爆心半徑三千米范圍內(nèi)的所有建筑物，幾乎全部摧毀！1、核能【核武器研究】【應(yīng)用方向】8月9日，钚彈胖子投在長(zhǎng)崎。在爆心附近，沒有留下任何人或物的痕跡，只是在地面上隱約殘留著如同人體外形的陰影，廣島全城遍地焦土死尸枕籍相連。市中心約12平方千米方圓幾乎被夷為平地，全市76,328幢建筑物中，44.8萬幢全部被毀，22117幢半毀，房屋損失達(dá)70％，日本官方統(tǒng)計(jì)當(dāng)場(chǎng)死亡和失蹤人數(shù)達(dá)78,150人，傷51,408人。加上后來因輻射、燒傷而死亡的人數(shù)總計(jì)246,726人。1、核能【核武器研究】【應(yīng)用方向】核軍備競(jìng)賽

盟國(guó)冷戰(zhàn)開始1945年8月，斯大林下令抓緊研制原子彈。1949年8月，蘇聯(lián)成功地進(jìn)行了核實(shí)驗(yàn)。1952年10月3日，英國(guó)研制成功原子彈。1960年2月13日，法國(guó)研制成功核彈。1964年10月16日，中國(guó)試爆成功原子彈。如何有效地控制核能，安全和平利用核能呢？1952年11月1日，美國(guó)試爆第一顆氫彈。1953年8月，蘇聯(lián)研制氫彈成功。1967年6月17日，中國(guó)試爆成功氫彈。原子彈

核裂變，氫彈

核聚變1、核能【核武器研究】【應(yīng)用方向】【思考】1954年，蘇聯(lián)建成第一座小型原子能電站?！竞穗娬窘ㄔO(shè)】1942年費(fèi)米在芝加哥研制核反應(yīng)堆。1956年，英國(guó)建成第一座小型原子能電站。1957年，美國(guó)建成第一座小型原子能電站。核反應(yīng)堆：

通過受控核裂變反應(yīng)獲得核能的裝置，可控制裂變過程中產(chǎn)生的中子數(shù)等于各種過程消耗的中子數(shù),以形成穩(wěn)定的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度和可控的核能輸出。1、核能【應(yīng)用方向】結(jié)構(gòu)和工作原理1、核能【應(yīng)用方向】【核電站建設(shè)】第一回路：先用泵把水壓入核反應(yīng)堆，在那里獲得核裂變釋放的核能，水被加熱，內(nèi)能增加，然后進(jìn)入熱交換器，在那里把熱量傳遞給第二回路中的水，再被泵壓回反應(yīng)堆重新被加熱。第二回路：在熱交換器內(nèi)，水被加熱成高溫高壓蒸汽后，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)先把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再獲得電能。做功后的蒸汽內(nèi)能都減少了，它將進(jìn)入冷凝器冷卻成水，再由泵壓回?zé)峤粨Q器重新加熱成高壓蒸汽。1991年,中國(guó)建成第一座自主研制的核電站。秦山核電站田灣核電站三門核電站大亞灣核電站1、核能【應(yīng)用方向】【核電站建設(shè)】受控核聚變現(xiàn)狀與發(fā)展中國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)和歐盟6大ITER成員國(guó)2005年6月28日在莫斯科敲定法國(guó)的卡達(dá)拉舍為反應(yīng)堆建設(shè)地，這一為期30年共計(jì)投資將超過100億歐元的國(guó)際超大型科學(xué)合作項(xiàng)目很快就將正式啟動(dòng)?！癐TER”組織

——拉丁文“道路”之意

該計(jì)劃旨在建立世界上第一個(gè)受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，規(guī)模可與未來實(shí)用聚變反應(yīng)堆相仿，用以解決建設(shè)核聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問題。1、核能【應(yīng)用方向】【核電站建設(shè)】對(duì)比火力發(fā)電站②消耗的“燃料”少①結(jié)構(gòu)相似，燃料不同③對(duì)環(huán)境污染?、荛L(zhǎng)遠(yuǎn)看，成本低自蘇聯(lián)于1954建成世界上第一座核電站；至今已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的400多座核電站處在運(yùn)行之中。右圖列出2005年一些國(guó)家核電占各自總電力的百分率。核能的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)1、核能【辨析】【優(yōu)點(diǎn)】【應(yīng)用方向】核廢料核廢料具有放射性污染，因而建設(shè)使用核電站時(shí)必須采用可靠的防護(hù)措施，防止放射性物質(zhì)泄漏，避免造成放射性污染，以保證核電站的安全運(yùn)行。1、核能【缺點(diǎn)】【應(yīng)用方向】核意外1986年切爾諾貝利核能電廠，因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)人員違法進(jìn)行極危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致爆炸。造成烏克蘭、白俄羅斯、蘇俄地區(qū)，至少有九百萬人受到輻射線影響，至今尚有數(shù)百萬人生活于污染區(qū)內(nèi)。白俄羅斯嬰兒出生率下降50%。蘇俄地區(qū)兒童淋巴癌上升28.5%。1、核能【缺點(diǎn)】【應(yīng)用方向】2、太陽能【結(jié)構(gòu)特點(diǎn)】

太陽是一顆恒星，與地球相距1.5億千米，太陽的直徑是地球直徑的109倍多。太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于500萬噸煤。天文學(xué)家認(rèn)為，迄今為止，太陽照耀地球已有50億年，并且還會(huì)繼續(xù)照耀50億年。

太陽內(nèi)部的溫度高達(dá)1千萬攝氏度以上，在那里就進(jìn)行著大規(guī)模的核聚變反應(yīng)。太陽輻射出的光和熱正是由聚變反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)化而來的。2、太陽能【產(chǎn)生本質(zhì)】

地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能等能源都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能。地球上除了核能、地?zé)崮芎统毕芷溆鄮缀醵紒碜蕴枴?、太陽能【能源之母】①太陽能十分巨大，供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。②太陽能分布廣闊，獲取方便。③太陽能安全清潔，取之不盡，用之不竭。④利用太陽能不征收任何“稅”，經(jīng)濟(jì)劃算。地球上太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關(guān)。因地而異，因時(shí)而變，這是開發(fā)太陽能面臨的主要問題。2、太陽能【利用優(yōu)勢(shì)】【開發(fā)難度】①光熱轉(zhuǎn)換A、如何提高太陽能直接轉(zhuǎn)化內(nèi)能的效率？太陽能熱水器太陽灶2、太陽能【利用途徑】【思考】B、能進(jìn)一步開發(fā)利用這一內(nèi)能嗎？【結(jié)構(gòu)組件】聚光裝置集熱裝置蓄熱裝置汽輪發(fā)電裝置①光熱轉(zhuǎn)換2、太陽能【利用途徑】太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)【工作原理】太陽能內(nèi)能

機(jī)械能

電能

①光熱轉(zhuǎn)換2、太陽能【利用途徑】思考：太陽能能否直接轉(zhuǎn)化為電能呢？②光電轉(zhuǎn)換太陽能電池及原理1887年，赫茲（M.Hertz）首次發(fā)現(xiàn)的光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電壓。這種現(xiàn)象后來被稱為“光伏效應(yīng)”。光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了太陽能直接向電能的轉(zhuǎn)化，再通過蓄電池以化學(xué)能的方式儲(chǔ)存。2、太陽能【利用途徑】【總結(jié)】1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽能電池，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于微波通訊基站、電臺(tái)、野外活動(dòng)、高速公路、也可為無電山區(qū)、空間站提供電力。②光電轉(zhuǎn)換2、太陽能【利用途徑】③光化轉(zhuǎn)換光合作用是綠色植物利用葉綠素在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣的生化過程。光化轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了太陽能直接向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。2、太陽能【利用途徑】【總結(jié)】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。3其他新能源潮汐能

月球、太陽對(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，這種能量可以用來發(fā)電。其他新能源潮汐電站風(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)能還可以用來發(fā)電