粵滬版九年級(jí)物理下冊(cè) （開(kāi)發(fā)新能源）能源與能量守恒定律 課件

第二十章能源與能量守恒定律20.2開(kāi)發(fā)新能源滬粵版物理九年級(jí)下冊(cè)

學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道能源與人類(lèi)社會(huì)密切相關(guān)，但需要不斷開(kāi)發(fā)和利用新能源以解決能源的供需矛盾和環(huán)境問(wèn)題。2．知道太陽(yáng)能和核能是兩種新能源。3．了解直接利用太陽(yáng)能的兩種途徑。4．了解裂變、聚變，知道原子彈、氫彈的制造原理，知道核反應(yīng)堆的作用，以及核電站的原理和作用。目前，世界能源消耗中90%以上是不可再生能源，不可再生能源到本世紀(jì)末，除煤炭外都將開(kāi)采殆盡，“能源危機(jī)”之說(shuō)絕不是危言聳聽(tīng)！為應(yīng)對(duì)日益逼近的能源危機(jī)，世界各國(guó)越來(lái)越重視能源的開(kāi)發(fā)和節(jié)能，并在努力開(kāi)發(fā)包括太陽(yáng)能和核能在內(nèi)的新能源。導(dǎo)入新知1知識(shí)點(diǎn)太陽(yáng)能一、太陽(yáng)能——永恒的動(dòng)力之源太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源,它送到地球的光功率達(dá)1.7×1014kW。現(xiàn)在全社會(huì)的總能耗約1.3×1010kW，全世界發(fā)電裝機(jī)容量不到4×109kW，地球上所有石油資源相應(yīng)的能量，只相當(dāng)于太陽(yáng)一天半時(shí)間內(nèi)供應(yīng)給地球的光能。況且太陽(yáng)的壽命至少是50億年，對(duì)人類(lèi)而言，太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的。合作探究地球吸收、利用太陽(yáng)能的四種渠道1.被植物、微生物吸收太陽(yáng)能生物能光合作用2.使大氣、水升騰循環(huán)太陽(yáng)能→機(jī)械能3.被海洋吸收太陽(yáng)能→內(nèi)能4.直接利用活動(dòng)：怎樣直接利用太陽(yáng)能(1)太陽(yáng)能→內(nèi)能(2)太陽(yáng)能→電能太陽(yáng)能發(fā)電站(3)太陽(yáng)能→化學(xué)能太陽(yáng)能小汽車(chē)每年太陽(yáng)輻射到我國(guó)960萬(wàn)平方公里土地上的能量，相當(dāng)于1.7萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能電池薄膜太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。應(yīng)用：人造衛(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡、太空站等電力的來(lái)源。航天器上的太陽(yáng)能電板太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1.太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)：①十分巨大；②供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)久；③分布廣闊，獲取方便；④安全、清潔、無(wú)污染。2.太陽(yáng)能的缺點(diǎn)：①太分散；②受季節(jié)、天氣和地理環(huán)境影響較大；③能量轉(zhuǎn)換效率低?！纠?】太陽(yáng)能是優(yōu)先開(kāi)發(fā)的新能源之一。關(guān)于太陽(yáng)能的利用，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()C（1）太陽(yáng)能和其他能的轉(zhuǎn)化（2）采用從一般到特殊的思維方法可由分析一般實(shí)例中能量轉(zhuǎn)化的方法，來(lái)分析太陽(yáng)能利用過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化。即看轉(zhuǎn)化前消耗了什么形式的能量，轉(zhuǎn)化后得到了什么形式的能量，最后得出結(jié)論。新知小結(jié)下列關(guān)于太陽(yáng)能的各種說(shuō)法中，不正確的是(

)A．太陽(yáng)能是一次能源且屬于可再生能源B．太陽(yáng)是遠(yuǎn)古就存在的，所以它并不是新能源C．太陽(yáng)能是一種無(wú)污染的清潔能源D．太陽(yáng)能分布廣闊，幾乎是一種取之不盡、用之不竭的永久性能源1B鞏固新知利用太陽(yáng)能的方式之一是用太陽(yáng)能電池把________能轉(zhuǎn)化成________能；另一種方式是用集熱器加熱。從改變物體內(nèi)能的途徑來(lái)看，太陽(yáng)能熱水器是通過(guò)________來(lái)增加水的內(nèi)能，一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器儲(chǔ)有300kg的水，若水溫從20℃升到70℃，這些水吸收了________J熱量。[水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)]2太陽(yáng)電熱傳遞6.3×1072知識(shí)點(diǎn)核能二、核能—造福人類(lèi)的“神火”（一）核能概念：原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的巨大能量，叫做原子核能，簡(jiǎn)稱(chēng)核能。原子核是可以改變的，而且在有些改變過(guò)程中會(huì)釋放出巨大的能量。（二）釋放核能的方式：1.重原子核的裂變（重核裂變）2.輕原子核的聚變（輕核聚變）合作探究核裂變——較重的原子核裂變?yōu)檩^輕的原子核的一種核反應(yīng)，裂變時(shí)會(huì)釋放出巨大的能量。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖1.核裂變——鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制的核裂變反應(yīng)——原子彈爆炸我國(guó)第一顆原子彈爆炸時(shí)形成的蘑菇云核能的和平利用――核電站如果控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能緩慢的平穩(wěn)的釋放出來(lái)，就能和平利用核能了。能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能的裝置叫核反應(yīng)堆。核電站工作流程示意圖反應(yīng)堆放出的核能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽的內(nèi)能，再通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能

秦山一期核電站大亞灣核電站核電的優(yōu)勢(shì)（1）核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì),因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染,不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳；（2）核能發(fā)電所使用的是鈾燃料，而全球鈾的蘊(yùn)藏量相當(dāng)豐富；（3）核燃料能量密度比化石燃料高幾百萬(wàn)倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一座1000百萬(wàn)瓦的核能電廠一年只需30噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送；（4）核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本受?chē)?guó)際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響較小。核電的缺點(diǎn)：（1）核能電廠會(huì)產(chǎn)生放射性廢料，雖然所占體積不大，但因具有放射性，故必須慎重處理，且需面對(duì)較大的政治困擾；（2）核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重；（3）核能電廠投資成本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高；（4）核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果設(shè)計(jì)不合理或操作不當(dāng)而造成核泄漏事故，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害甚至嚴(yán)重傷害。核聚變——在超高溫的條件下，將兩種質(zhì)量較輕的原子核（如氘和氚），聚合成一個(gè)較重的原子核的一種核反應(yīng)，又稱(chēng)熱核反應(yīng)。核聚變的威力更大。溫度和壓強(qiáng)越高，熱核反應(yīng)進(jìn)行的速度越快。目前人類(lèi)還未掌握人工控制核聚變反應(yīng)速度的方法，因此，還不能和平的利用核聚變。我國(guó)和世界各國(guó)都在致力于受控?zé)岷朔磻?yīng)的研究，我國(guó)的研究成果已位于世界前列，位于我省合肥市的科學(xué)分院研制的“人造小太陽(yáng)”——托卡馬克裝置就是成果之一。2.核聚變——熱核反應(yīng)太陽(yáng)能是來(lái)自于太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變，也是大自然中自然存在的唯一核聚變。人工核聚變的應(yīng)用——核爆炸——?dú)鋸?967年，我國(guó)爆炸的第一顆氫彈【例2】下列說(shuō)法正確的是()A.核能是指原子核發(fā)生變化時(shí)所釋放的能量B.核廢料可以像普通垃圾一樣處理C.原子彈和氫彈都是利用核裂變D.目前核電站獲得核能的途徑是核聚變A自然界的事物都具有兩面性，例如核能的利用既有有利的一面，同時(shí)也存在不利之處。核能使用時(shí)存在的缺點(diǎn)有：（1）核能存在核污染，產(chǎn)生核輻射，會(huì)對(duì)地球生物造成傷害。（2）核反應(yīng)堆中會(huì)產(chǎn)生核廢料，在處理核廢料過(guò)程中，代價(jià)較高。新知小結(jié)【中考·綿陽(yáng)】目前世界上很多國(guó)家把核能發(fā)電當(dāng)成解決能源危機(jī)的主要措施。下列關(guān)于核能的認(rèn)識(shí)，正確的是(

)A．核能是可再生能源B．當(dāng)前核能發(fā)電是利用原子核裂變釋放的核能C．當(dāng)前核能發(fā)電是利用原子核聚變或裂變釋放的核能D．當(dāng)前核能發(fā)電釋放核能的過(guò)程與原子彈爆炸釋放核能的過(guò)程相同1B鞏固新知【中考·河北】如圖是核電站工作情況的方框圖，請(qǐng)?jiān)诳瞻追娇騼?nèi)填寫(xiě)裝置的種類(lèi)并回答下列問(wèn)題。(1)核能是________(填“可再生”或“不可再生”)能源。(2)在汽輪機(jī)中，將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為輪片的___________能。2不可再生機(jī)械(或動(dòng))發(fā)電機(jī)3知識(shí)點(diǎn)其他新能源你還知道有哪些新能源？1.水能2.風(fēng)能3.海洋能4.地?zé)崮?.氫能6.生物質(zhì)能7.可燃冰合作探究風(fēng)能氫能沼氣潮汐可燃冰地?zé)?.水能發(fā)電我國(guó)是一個(gè)水電資源十分豐富的國(guó)家之一。但具有資源分布不均衡，開(kāi)發(fā)程度不高的特點(diǎn)。目前，我國(guó)的水電裝機(jī)容量及發(fā)電量均居世界第一位。2014年，我國(guó)水電的裝機(jī)容量達(dá)3億千瓦，水電占供電總量的23%。根據(jù)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014——2020年）》的要求，2020年，我國(guó)水電裝機(jī)將達(dá)3.5億千瓦。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(lái)發(fā)電。鄭和下西洋2.風(fēng)能發(fā)電我國(guó)陸地和海上風(fēng)電的潛在開(kāi)發(fā)量分別為23.8億千瓦和2億千瓦。目前，我國(guó)已成世界第一風(fēng)電大國(guó)，全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量已達(dá)1億千瓦，提前1年實(shí)現(xiàn)了到2015年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)1億千瓦的目標(biāo)。計(jì)劃到2020年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)2億千瓦。3.海洋能海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水溫差能。海洋潮汐能來(lái)源于月亮與太陽(yáng)對(duì)地球海水的吸引力以及地球的自轉(zhuǎn)，會(huì)引起海水周期性地作有節(jié)奏的垂直漲落的現(xiàn)象。潮汐發(fā)電原理：利用漲潮退潮的水位差來(lái)發(fā)電。潮汐的形成浙江溫嶺江廈潮汐發(fā)電站，是世界第三大潮汐發(fā)電站。4.地?zé)崮鼙鶏u地?zé)嵛鞑匮虬司責(zé)犭娬?，是我?guó)最大的地?zé)犭娬?.氫能你認(rèn)為氫能有哪些優(yōu)點(diǎn)？你認(rèn)為目前不能大量使用氫能的原因是什么？

帶著下列問(wèn)題，到圖書(shū)館或上網(wǎng)查資料回答。6.生物質(zhì)能生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物物質(zhì)中的能量形式，即以生物物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，通過(guò)一定的技術(shù)轉(zhuǎn)化可為常態(tài)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能源主要包括秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機(jī)廢渣廢水等。7.可燃冰可燃冰是一種天然氣水合物的俗稱(chēng)，這種物質(zhì)在低溫和40多個(gè)大氣壓下才是穩(wěn)定的。可燃冰到達(dá)水面可以立即融化，同時(shí)成分中的甲烷開(kāi)始燃燒。每立方米可燃冰可釋放164立方米甲烷。可燃冰分布廣，資源豐富，據(jù)計(jì)算這種未來(lái)的能源可供人類(lèi)使用上千年。可燃冰雜質(zhì)少，無(wú)污染?？扇急m好，但開(kāi)采不易。未來(lái)的理想能源必須滿(mǎn)足的條件：第一，必須足夠豐富，可以保證長(zhǎng)期使用；第二，必須足夠便宜，可以保證多數(shù)人用得起；第三，相關(guān)的技術(shù)必須成熟，可以保證大規(guī)模使用；第四，必須足夠安全、清潔，可以保證不會(huì)嚴(yán)重影

響環(huán)境。地?zé)崾翘N(yùn)藏在地球內(nèi)部的天然綠色能源，舉世聞名的西藏羊八井熱電站，就是利用深層地?zé)岚l(fā)電。它將________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能，其中________是可再生能源，使用該能源的優(yōu)點(diǎn)是__________________。1內(nèi)地?zé)崮芪廴拘‰婌柟绦轮?知識(shí)小結(jié)能源太陽(yáng)能核能新能源歸納新知1.太陽(yáng)能：目前人們利用太陽(yáng)能的方式主要有兩種：一種是用集熱器把水等物質(zhì)加熱；另一種是用太陽(yáng)

能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。2.核電站和原子彈是利用核裂變來(lái)工作的，核電站控

制核裂變的反應(yīng)速度，原子彈不控制核裂變的反應(yīng)

速度。氫彈是利用核聚變來(lái)工作的。3.核電站中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化：

核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能?！局锌肌で瓥|南】2014年是我國(guó)第一顆原子彈爆炸成功50周年，目前核能已經(jīng)被廣泛和平利用，核電站只需要消耗很少的核燃料就可以產(chǎn)生大量的電能，核反應(yīng)堆中的核燃料是________(填“可”或“不可”)再生能源，在核潛艇中是利用核________(填“聚”或“裂”)變產(chǎn)生的能量。2易錯(cuò)小結(jié)不可裂易錯(cuò)點(diǎn)：不能正確理解核能的分類(lèi)在直接利用太陽(yáng)能的技術(shù)中，你最感興趣的是哪一種？理由是什么？在核電站中，從核能到電能，中間經(jīng)過(guò)了哪些形式的能量轉(zhuǎn)化？1答案略2解：中間經(jīng)過(guò)的能量轉(zhuǎn)化形式為內(nèi)能、機(jī)械能。課堂練習(xí)太陽(yáng)能輻射到地球表面的平均功率為1.7×1014kW，試計(jì)算太陽(yáng)每1h輻射到地球上的總能量是多少？這些能量相當(dāng)于多少?lài)崯o(wú)煙煤完全燃燒所放出的能量？（無(wú)煙煤的熱值為3.4×107J/kg)3解：根據(jù)W＝Pt，得太陽(yáng)每小時(shí)輻射到地球上的總能量W＝Pt＝1.7×1014kW×1h＝1.7×1017W×3600s＝6.12×1020J。依Q＝qm得，需要無(wú)煙煤的質(zhì)量m＝＝Q/q＝W/q＝1.8×1013kg＝1.8×1010t，即相當(dāng)于1.8×1010t無(wú)煙煤完全燃燒所放出的能量。你認(rèn)為太陽(yáng)能、核能、風(fēng)能、海洋能等新能源中，哪些最可能成為人類(lèi)未來(lái)的理想能源？4解：風(fēng)能最有可能成為人類(lèi)未來(lái)的理想能源。原因是風(fēng)能是一種清潔、安全、可再生的綠色能源。利用風(fēng)能對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)生態(tài)無(wú)破壞，環(huán)境效益和生態(tài)效益良好。(答案不唯一)【中考·泉州】如圖所示為一種新型的“風(fēng)光互補(bǔ)”景觀照明燈，它“頭頂”小風(fēng)扇，“肩扛”光電池板，“腰挎”照明燈，“腳踩”蓄電池。白天工作時(shí)，光電池板將________轉(zhuǎn)化為電能；晚上工作時(shí)，蓄電池放電，將________轉(zhuǎn)化為電能供照明燈使用。5太陽(yáng)能化學(xué)能核電池是一種通過(guò)換能器將核能最終轉(zhuǎn)化成________能的裝置，具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。請(qǐng)列舉一個(gè)將來(lái)有可能利用核電池供電的產(chǎn)品：____________。核能在軍事上也有運(yùn)用，世界上有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家已經(jīng)掌握了制造原子彈、氫彈的技術(shù)，其中________彈威力更大。原子彈在爆炸時(shí)有________________，而且爆炸遺留物由于具有__________，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)危及人類(lèi)生命安全。6電電動(dòng)車(chē)7氫巨大的破壞性放射性如圖所示，為了形象地描述核能的獲得，兩位同學(xué)分別畫(huà)了一張利用核能途徑的原理圖。圖甲表示的是________；圖乙表示的是________，其中________(填“甲”或“乙”)圖展示的是制造氫彈的原理。8核裂變核聚變乙1．如圖是利用太陽(yáng)能的三種主要方式，下列實(shí)例中屬于光熱轉(zhuǎn)換的是(

)A．太陽(yáng)能熱水器B．太陽(yáng)能電池C．綠色植物的生長(zhǎng)D．太陽(yáng)能汽車(chē)A點(diǎn)撥：太陽(yáng)能熱水器是光熱轉(zhuǎn)換；太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能汽車(chē)是光電轉(zhuǎn)換；綠色植物的生長(zhǎng)是光化轉(zhuǎn)換。課后練習(xí)2.如利用太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)光照射下發(fā)電叫光伏發(fā)電。日前，記者從某市能源局了解到，2015年通過(guò)“萬(wàn)家屋頂光伏發(fā)電示范工程”，有181戶(hù)家庭安裝了屋頂光伏電站。我國(guó)多地市啟動(dòng)了“光伏工程”示范項(xiàng)目，在某單位的樓頂安裝了總功率為30kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)。(1)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能。太陽(yáng)電(2)一天的有效光照時(shí)間按8h計(jì)算，此單位光伏發(fā)電系統(tǒng)一天共發(fā)電多少千瓦時(shí)？(3)此單位光伏發(fā)電系統(tǒng)一天的發(fā)電量，如果由熱電轉(zhuǎn)換效率為30%的熱電廠來(lái)完成，需要燃燒多少千克煤？(煤的熱值q煤＝3.0×107J/kg)(4)你一定很關(guān)注“霧霾天氣”的報(bào)道，請(qǐng)結(jié)合所了解的知識(shí)，談?wù)剣?guó)家對(duì)家庭光伏發(fā)電補(bǔ)貼的好處。(至少談兩點(diǎn))解：(2)此單位光伏發(fā)電系統(tǒng)一天的發(fā)電量為W＝Pt＝30kW×8h＝240kW·h；(3)W＝240kW·h＝240×3.6×106J＝8.64×108J；燃燒煤放出的熱量：Q＝

＝2.88×109J；燃燒煤的質(zhì)量：m＝

＝96kg。(4)減少污染、節(jié)約能源。3.下列關(guān)于核能的說(shuō)法正確的是(

)A．核電站是利用輕核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電的B．核能的和平利用必須對(duì)核反應(yīng)控制C．原子彈是利用輕核聚變制成的核武器D．核電站可將核能直接轉(zhuǎn)化為電能B點(diǎn)撥：核電站是利用原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放出大量的核能；核能的和平利用必須對(duì)核反應(yīng)控制，此選項(xiàng)正確；原子彈是利用重核裂變(鏈?zhǔn)椒磻?yīng))制成的；核電站將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能最后轉(zhuǎn)化為電能。4.2011年3月11日，日本發(fā)生了地震和海嘯災(zāi)難，致使福島核電站出現(xiàn)