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能源：危机与希望第十六章粒子与宇宙我们学过有哪些形式的能？机械能、光能、内能、化学能、电能一、能源利用与社会发展凡能够提供能量的资源。能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱。每一种新能源的开发利用和能源利用方式的变革都极大地促进下生产力的发展，并引发社会变革，使人类文明前进一大步。草、木材燃烧光能、内能水、空气流动机械、电能设备各种形式能电、热、光【能源定义】火的使用距今约四五十万年前。化石能源的利用是18世纪蒸汽机发明后广泛应用。电能的利用19世纪发电机发明后开始普及。核能的利用20世纪打开原子核结构后的产物。1火的利用一、能源利用与社会发展【利用简史】2化石能源利用3电能的利用4核能的发现【一次能源】从自然界可以直接获取的能源。例：所有化石燃料、太阳能、风能、水能、核能、地热能、潮汐能等。例：电能、煤气等。【二次能源】从自然界不能直接获取，需要消耗一次能源才能获得的能源。【可再生能源】从自然界可以持续获取的能源。【不可再生能源】从自然界不能持续获取的能源。例：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能。例：所有化石燃料、核燃料。①按能源的来源分②按一次能源的持续性分二、能源的分类【能源类型】【常规能源】已经大规模生产和使用的能源。例：水能、煤炭、石油、天然气【新能源】没有大规模生产和使用的能源。例：太阳能、风能、地热能、氢能【清洁能源】对环境污染很小的能源例：太阳能、水能、风能、核能、地热能【非清洁能源】对环境污染很大的能源例：所有化石燃料③按能源的使用规模分④按能源的使用后果分二、能源的分类【能源类型】【解决途径】②开发新能源。①提高能源的利用率。①常规能源储量有限，开发不合理，浪费严重。②人类社会发展对能源的需求日益增加。【现状成因】我国能源供需紧张，制约社会发展。优先开发利用核能、太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能这六种新能源。三、我国能源现状和优先发展能源【能源现状】核能1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮时发现质子。1932年，查德威克发现中子。1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，发现原子核分裂产生能量很强。因此获38年诺贝尔物理奖。1905年，著名物理学家爱因斯坦发表了划时代的论文《论运动物体的电动力学》，提出了狭义相对论和著名的核动力公式Ｅ=mc２，为核能利用奠定了理论基础。【发现历程】【重核裂变】1939年，费米进一步提出链式反应的概念。核能释放方式①核能【开发应用】即一个重核可裂变为两个中等质量的核，从而获得原子能。当两个或两个以上的较轻原子核，在极高的温度和极大的压力下非常靠近时，它们聚合在一起而形成一个较重的新原子核，同时释放出更为巨大的能量。因为核聚变必须在极高的温度约1亿℃才会发生，所以也叫热核反应。如何利用好核反应中产生的巨大能量呢？核能【开发应用】核能释放方式②【轻核聚变】【思考】1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；“小男孩”原子弹爆炸地点在广岛市中心偏西北处，爆炸威力相当于１.8万吨ＴＮＴ炸药，顷刻间产生了30万度的高温，正处于爆炸中心的外科医院所有的人和设施转瞬就化为灰烬，距爆心半径一千米范围内的花岗岩都融化了，时速高达五六十千米的强烈冲击波将距爆心半径三千米范围内的所有建筑物，几乎全部摧毁！核能【核武器研究】【应用方向】8月9日，钚弹胖子投在长崎。在爆心附近，没有留下任何人或物的痕迹，只是在地面上隐约残留着如同人体外形的阴影，广岛全城遍地焦土死尸枕籍相连。市中心约12平方千米方圆几乎被夷为平地，全市76,328幢建筑物中，44.8万幢全部被毁，22117幢半毁，房屋损失达70％，日本官方统计当场死亡和失踪人数达78,150人，伤51,408人。加上后来因辐射、烧伤而死亡的人数总计246,726人。核能【核武器研究】【应用方向】1954年，苏联建成第一座小型原子能电站。【核电站建设】1942年费米在芝加哥研制核反应堆。1956年，英国建成第一座小型原子能电站。1957年，美国建成第一座小型原子能电站。核反应堆：通过受控核裂变反应获得核能的装置，可控制裂变过程中产生的中子数等于各种过程消耗的中子数,以形成稳定的链式反应速度和可控的核能输出。核能【应用方向】结构和工作原理二、核能【应用方向】【核电站建设】第一回路：先用泵把水压入核反应堆，在那里获得核裂变释放的核能，水被加热，内能增加，然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热。第二回路：在热交换器内，水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机先把内能转化成机械能，再获得电能。做功后的蒸汽内能都减少了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高压蒸汽。1991年,中国建成第一座自主研制的核电站。秦山核电站田湾核电站三门核电站大亚湾核电站二、核能【应用方向】【核电站建设】三、太阳能【结构特点】太阳是一颗恒星，与地球相距1.5亿千米，太阳的直径是地球直径的109倍多。太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤。天文学家认为，迄今为止，太阳照耀地球已有50亿年，并且还会继续照耀50亿年。太阳内部的温度高达1千万摄氏度以上，在那里就进行着大规模的核聚变反应。太阳辐射出的光和热正是由聚变反应释放的核能转化而来的。三、太阳能【产生本质】地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。地球上除了核能、地热能和潮汐能其余几乎都来自太阳。三、太阳能【能源之母】①太阳能十分巨大，供应时间长。②太阳能分布广阔，获取方便。③太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。④利用太阳能不征收任何“税”，经济划算。地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。因地而异，因时而变，这是开发太阳能面临的主要问题。三、太阳能【利用优势】【开发难度】①光热转换A、如何提高太阳能直接转化内能的效率？太阳能热水器太阳灶三、太阳能【利用途径】【思考】B、能进一步开发利用这一内能吗？【结构组件】聚光装置集热装置蓄热装置汽轮发电装置①光热转换三、太阳能【利用途径】太阳能热发电系统【工作原理】太阳能内能机械能电能①光热转换三、太阳能【利用途径】思考：太阳能能否直接转化为电能呢？②光电转换太阳能电池及原理1887年，赫兹（M.Hertz）首次发现的光照能使半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后来被称为“光伏效应”。光电转换实现了太阳能直接向电能的转化，再通过蓄电池以化学能的方式储存。三、太阳能【利用途径】【总结】1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。②光电转换三、太阳能【利用途径】③光化转换光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。光化转换实现了太阳能直接向化学能的转化。三、太阳能【利用途径】【总结】四、其他新能源植物及其加工产品贮存的能量。【生物质能】理想的可再生能源①可再生性②低污染性③广泛的分布性①传统方法是直接燃烧②合理有效转换是发酵制沼气四、其他新能源【生物质能】【总结】【利用】生物质能的优越性。涨潮储水池退潮水流方向水流方向储水池潮汐发电是利用每天涨潮压退潮造成的水位差，涨潮时将海水储存起来，退潮后再将海水放出，带动发电机发电。四、其他新能源【潮汐能】五、能量的转化根据能量转化的顺序讲述能量转化的故事。①在一定条件下,各种形式能都可以相互转化②“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是：能量相互转化或转移的过程。①能不能不消耗能量就能持续利用能量呢？②能量的相互转化或转移是否遵循一定规律？【活动】【总结】【思考】不消耗能量而不断利用能量做功的机器。永动机的想法起源于印度。五、能量的转化【永动机】【研究历史】泰斯尼尔斯亨内考达芬奇所有永动机方案都无一例外地以失败告终。1775年，法国科学院拒绝审理永动机。【结果】能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。既然能量转换遵循守恒定律，能不能利用能量相互循环转换持续对外做功呢？五、能量的转化【规律①】【思考】【解析】能量利用过程中总有一些内能散失到空气中无法自动转化成其他能进行再利用。【规律②】能量的转移和转化具有方向性。例、日常生活中常用的能源有哪些?例、下列能源中，属于可再生能源的是（）A.煤炭B.石油C.风能D.核能例、人类社会的进化发展过程，就是一部开发、利用能源的历史。四五十万年前，揭开了人类利用能源的序幕；18世纪的发明，引发了世界性的工业革命；19世纪的大量使用，将人类社会推进到现代文明时代；20世纪初的发现和利用，为人类的明天描绘了灿烂的蓝图。例、下列能源中，属于常规能源的是（）A.天然气B.核能C.太阳能D.氢能1、开发利用核能是解决能源危机的方法之一，如核裂变已应用于核电站发电。核能产生的另一条途径是：在超高温下，使质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出巨大的能量，这一过程称为。核聚变2、世界最大的非晶硅光伏建筑在山东省威海市市民活动中心安装，位于楼顶部的非晶硅光伏电玻璃有效发电面积5500cm2，在光线充足的情况下，每4h即可发电1000度，阴雨天也可以发电，用非晶硅光伏发电玻璃发电时，其能量转化是，使用这种能源的优点是。太阳能转化为电能清洁无污染