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47、能源和可持续发展一、教学目标1、知道能源的分类，了解化石能源、一次能源、二次能源、生物质能的概念，知道哪些属于不可再生能源，哪些属于可再生能源2、认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化3、了解核能、裂变、链式反应和聚变的有关知识，知道核能的优点和可能带来的问题4、初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库5、大致了解太阳能的利用方式6、常识性了解能量转化技术为人类带来的便利，初步了解能量转移和能量转化的方向性7、识能源消耗对环境的影响，知道节约能源的重要性，提高环保意识8、知道未来的理想能源二、教学重点1、常识性了解原子核的组成2、了解核能的优点和可能带来的问题。3、能量转化和转移的方向性，能源可持续发展三、教学难点1、掌握各种规律中能源转化的方式材2、理解能源转化的方向，了解能源问题对社会发展的影响3、知道地球上大多能源都来自于太阳四、基础知识四、基础知识（一）、能源家族1、能源凡是能提供能量的物质资源叫能源，日常生活中常用的能源有柴薪、煤、天然气、电、汽油、柴油等等。知识拓展：在地球内部，由于放射性元素在蜕变时不断地发出大量的热，使地球成为一个大热库，它主要通过火山爆发、喷泉、温泉等途径，源源不断地把内部的热量带到地面上来，这就是地热能。在目前条件下，地热能可利用的主要是地热蒸汽和地下热水，我们称之为“地热资源”。我国地热资源十分丰富，已经发现的天然温泉就有2000处以上，温度大多在60℃以上，个别地方达100～140℃。在西藏、云南等省还发现了地热湿蒸汽田。2、各种各样的能源根据是否可以直接获得，可将能源分为一次能源和二次能源；根据是否可以在短期内获得补充，可将能源可分为可再生能源和不可再生能源。（1）一次能源：可以从自然界直获取的能源，其中包括化石能源、生物质能、水能、风能等。①化石能源：千百万年前埋在地下的动植物遗体经过漫长的演变形成的。如：煤、石油、天然气等。②生物质能：由生命物质提供的能量。如：各种动植物储存的化学能。要点提示：除了化石能源外，一次能源中还包括水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能以及核能等，煤炭、石油和天然气是当今世界中一次能源的三大支柱，构成了全球能源家族结构的基本框架。（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到的能源，如电能、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源，其中，电能是最主要的二次能源。（3）不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源，如：化石能源、核能等。（4）可再生能源：可以在自然界中源源不断得到补充的能源，如太阳能、风能、水能等。有的能源既属于这种分类，也属于那一种分类，呈现出交叉的情况，这主要是因为从不同的角度对能源进行分类的缘故。分类方法常规能源新能源一次能源不可再生能源化石能源核能可再生能源生物质能风能、太阳能二次能源电能氢能卓越个性化教学讲义2（二）、核能1、物质的组成一切物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，原子由质子、中子、电子三种粒子组成。质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。质子和中子的质量比电子大得多。)()()(带负电电子不带电中子带正电质子原子核原子分子物质2、核能定义：原子核分裂或聚合过程中释放的巨大能量。疑点剖析：质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，致使原子核十分牢固，一旦使原子核分裂或聚合，就会释放出惊人的能量，这就是核能。获得核能的方式：核裂变、核聚变。3、裂变定义：用中子轰击铀235使其裂变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大能量的现象。知识拓展：裂变能是重金属元素的原子核通过裂变而释放的巨大能量，因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长时期放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。链式反应：原子核发生裂变时，裂变自行持续的现象称为链式反应。应用：如果原子核的链式反应在可控制的核反应堆中进行，就可和平利用核能发电，如核电站、核潜艇等就是利用核裂变的链式反应释放的巨大能量。知识拓展：如果原子核的链式反应不加控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，如原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的。4、聚变质量很小的原子核，如氘与氚在超高温下结合成新的原子核，释放出更大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。（三）、太阳能1、太阳的结构由内向外依次由太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气组成。要点提示：太阳是太阳系的中心天体，是太阳系里唯一的一颗恒星，也是离地球最近的一颗恒星，太阳是个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心，太阳从中心到边缘可分为太阳核心、辐射层、对流层和太阳大气，太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约占27%）。2、太阳能的来源在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的能量。知识拓展：太阳能量的99%是由太阳核心的热核反应产生的，太阳的核心温度高达1500万摄氏度，压力相当于2500亿个大气压，核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍，在这里发生着核聚变，每秒钟有七亿吨的氢被转化成氦，聚变产生的能量通过对流和辐射过程向外传送，核心产生的能量需要通过数千年才能到达表面。太阳中心的热核反应足以维持100亿年，太阳目前正处于中年期。3、太阳能的特点①清洁无污染，取之不尽、用之不竭，太阳这个巨大的“核能火炉”已稳定“燃烧”了50亿年，再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。②功率大，太阳辐射总功率约为3.8×1023kW，辐射到地球的总功率约1.7×1014kW。4、太阳能的利用间接利用：（1）绿色植物的“光化转换”，通过植物的光合作用将太阳能储存起来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等形式释放出来，实现光能转化为化学能。（2）空气水分的“光机转换”。由于太阳的热辐射，使大气和水分升腾循环，再通过风、水等形式释放出来，实现光能转化为机械能。卓越个性化教学讲义3直接利用：（1）太阳能热水器的“光热转换”实现光能转化为热能；（2）太阳能电池的“光电转换”实现光能转化为电能。（四）、能源革命1、能源革命什么是能源革命：人类历史上不断进行着能量转化技术的进步，这就是所谓的能源革命。人类所从事的一切活动，都要消耗能量，而能量的利用通常要进行转化才行，如人们现在乘坐的汽车、火车、轮船，是通过内燃机将燃料的化学能转化为机械能加以利用，用电饭煲煮饭，是将电能转化为内能加以利用。深化升华：能源革命使社会生产力不断提高，社会物质财富、精神财富不断发展，给人类生活带来了深远影响，导致了人类文明的跃进。意义：能源革命导致了人类文明的跃进。2、人类利用能源的阶梯①太阳能是远古人类唯一利用的能源。②人类今天的文明与发展经历了三次能源革命。第一次：人工取火。使人类由“茹毛饮血”到“刀耕火种”，柴薪能源的开发和应用，带动了畜牧渔业的发展，而且直接导致了陶器的产生，加快了金属的冶炼和制造业的发展。第二次：蒸汽机的发明。蒸汽机的发明应用推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会，使人类又步入电气时代。第三次：可控核能的应用。以核燃料为主要能源，为人类提供了更安全、更经济、效率更高的能源。3、能量转移和转化是有方向的水从高处往低处流，高温物体能将热量传给低温物体……自然界中许多自发的过程都有方向性，能量的转移和转化也是有方向性的。4、能源的利用是有条件的，也是有代价的在能量转化或转移时，要消耗其他能量，有的东西可以成为能源，有的却不能。如风具有机械能，因其开发成本低，且无污染，风能成为一种正在开发利用的新能源。（五）、能源危机与可持续发展1、21世纪的能源趋势能源危机：由于扩军备战或生活中的浪费挥霍，使现有主要能源（煤、石油、天然气等）供不应求，或这些能源将耗尽时，人类尚未找到足以替代它们的物质和措施，因而造成公众严重恐慌，并由此产生经济混乱和社会的不安定。解决能源危机的途径：必须不断开发新能源，提高能源的利用率，同时要节约能源，这是解决能源问题的主要途径。深化升华：由于能量的转移和转化具有方向性，目前作为人类主要能源的化石能源正被逐渐消耗，储存日渐减少，世界对化石能源的使用存在着严重的危机，节约现有能源、开发和利用新能源，已成为当前十分紧迫的大问题。2、人类在消耗各种能源时，不可避免地会对环境造成破坏空气污染：是指空气中某些有毒物质的含量超过正常值或空气的自净能力。温室效应：在环境科学中指大气中的二氧化碳等能吸收地面反射的红外线，使近地表层气温增高的现象。难点剖析：大气中的二氧化碳等浓度增加，破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”，二氧化碳是数量最多的温室气体，约占大气总容量的0.03%，其他少量气体也会产生温室效应，其中有的温室效应比二氧化碳还强。水土流失：是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬运和沉淀的整个过程。难点剖析：在自然状态下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢，常与土壤形成过程处于相对平衡状态，因此坡地还能保持完整，这种侵蚀称为自然侵蚀，也称为地质侵蚀。在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动，流失过程加速，即发生水土流失。沙漠化：干旱、半干旱地区生态平衡遭到破坏而使绿色原野逐步变成类似沙漠的现象。卓越个性化教学讲义43、未来理想能源常规能源：也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。深化升华：常规能源是根据能源的使用情况来划分的，按照这种分类方法，与常规能源相对应的是新能源，即以新技术为基础，系统开发利用的能源，常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源，新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等。未来理想能源：是具有可持续发展意义上的能源，用以取代目前人类广泛使用的常规能源，并能克服这些能源在使用中所暴露出的缺点或不足，防止在使用过程中对人类生存环境造成不良影响。未来理想能源应满足的条件：（1）必须足够丰富；（2）必须足够便宜；（3）必须技术成熟；（4）必须安全、清洁。五、例题一、单项选择题1、下列各种说法中正确的是（）A．太阳能是不可再生能源B．电能是一种二次能源C．石油是可再生能源D．地热能是一次能源2．组成原子核的粒子是（）A．带负电的电子和不带电的中子B．带正电的质子和不带电的中子C．带正电的质子和带负电的电子D．带正电的质子、带负电的电子和不带电的中子3．下列能源中不是来自于太阳能的是（）A．水能B．风能C．潮汐能D．煤、石油、天然气4、氘核、氚核在超超高温下聚合成氦核，并释放出核能。组成氦原子核的粒子是（）A．两个质子和两个中子B．两个质子和两个电子C．两个电子和两个中子D．两个质子、两个中子和两个电子5．目前世界上已建成的核电站都是利用（）A．原子核的聚变释放的能量来发电的B．原子核的裂变释放的能量来发电的C．放射性物质衰变释放的能量来发电的D．原子核聚变和裂变释放的能量来发电的6、下列表述正确的是（）A．内燃机是将内能转化为机械能的装置B．发电机是将机械能转化为内能的装置C．电动机是将机械能转化为电能的装置D．电磁继电器是将电能转化为内能的装置7．神州二号”无人飞船环绕地球108圈，顺利完成预定空间科学试验任务后，于2001年1月16日在内蒙古中部准确返回，成功着陆，标志着我国载人航天工程第二次飞行实验取得圆满成功，若飞船穿越大气层时，有一段为匀速降落过程，则在此过程中飞船的（）卓越个性化教学讲义5A．动能减小，机械能增大B．动能不变，机械能减小C．动能增大，机械能减小D．动能减小，机械能不变8．学习了“能源与可持发展”一章后，某班学生就利用和开发能源问题展开了热烈讨论，提出了如下几条建议和设想，其中永远做不到的是（）A．目前利用的能源主要是煤，应着力研究如何使煤充分燃烧以减少热量损失的措施B．正在建设中的田湾核电站，将解决连云港市乃至华东地区的电力紧张问题，但在输电过程中能量损失较大，若能用超导