滬粵版九年級下冊物理知識點講解:20.2開發新能源

2021-01-08 物理怪怪怪

01思維導圖

02課堂導入

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末,除煤炭外都將開採殆盡,「能源危機」 之說絕不是危言聳聽!

為應對日益逼近的能源危機,世界各國越來越重視能源的開發和節能,並在努力開發包括太陽能和核能在內的新能源。

你知哪些是不可再生能源和可再生能源? 可以開發利用的新能源有哪些呢?

不可再生能源有:____________等,可再生能源____________等,可以開發利用的新能源有:____________等。

【答案】煤、石油、天然氣;風能、水能、太陽能;核能、太陽能、地熱能、潮汐能

03知識點講解

一、太陽能——永恆的動力之源

太陽能從何而來,會消耗殆盡嗎?

太陽能量不會耗盡。因為和太陽等量的反物質磁場粒子,以200億公裡厚度的空間形式將太陽團團包圍,致使太陽被磁場粒子壓得不停的做功。做功就不斷地將釋放完能量的太陽表面物質,重新加工,重新利用,就這樣無休止的重新,致使保持能量守恆。至此因為守恆,所以太陽能量不會耗盡。

人類直接利用太陽能有三條途徑:

1.把太陽能轉化成內能

講解:光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電,一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣,再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程;後一個過程是熱—電轉換過程,與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高。

2.通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能

講解:太陽能電池亦稱光伏打電池把太陽能直接轉換成電能的半導體器件,當太陽光入射時被吸收的光子使PN節的2側P區和N區產生電子-空穴對,由於擴散而直達空間電荷區,在PN結的強電場作用下而分離,電子移向低電位N區,空穴移向P區,由於電子和空穴的積累,P區和N區間就產生了光生電動勢。

3.通過光化轉換裝置把太陽能轉化成化學能

講解:光合作用,通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有機物,同時釋放氧氣的過程。 其主要包括光反應、暗反應兩個階段, 涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應步驟,對實現自然界的能量轉換、維持大氣的碳-氧平衡具有重要意義。

利用太陽能的三種方式

1、通過光熱轉換,把太陽能轉化為內能;2、通過光電轉換,把太陽能轉化為電能; 3、通過光化轉換,把太陽能轉化為化學能。

太陽能的優點和缺點

1. 太陽能的優點:

①十分巨大;②供應時間長久;③分布廣闊,獲取方便;④安全、清潔、無汙染。

2. 太陽能的缺點:

①太分散;②受季節、天氣和地理環境影響較大;③能量轉換效率低。

二、核能——造福人類的神火

(一)核能概念:

原子核內部蘊藏的巨大能量,叫做原子核能,簡稱核能。原子核是可以改變的,而且在有些改變過程中會釋放出巨大的能量。

(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)

1. 核裂變——鏈式反應

核裂變——較重的原子核裂變為較輕的原子核的一種核反應,裂變時會釋放出巨大的能量。

不加控制的核裂變反應——原子彈爆炸

核能的和平利用――核電站

如果控制鏈式反應的速度,使核能緩慢的平穩的釋放出來,就能和平利用核能了。

能緩慢、平穩地釋放核能的裝置叫核反應堆。

核電站工作流程示意圖

反應堆放出的核能轉化為高溫蒸汽的內能,再通過汽

輪發電機轉化為電能。

核能→內能→機械能→電能

核電的優勢與不足

核電的優勢

(1)核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的汙染物質,因此核能發電不會造成空氣汙染,不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳;

(2) 核能發電所使用的是鈾燃料,而全球鈾的蘊藏量相當豐富;

(3) 核燃料能量密度比化石燃料高几百萬倍,故核能電廠所使用的燃料體 積小,運輸與儲存都很方便,一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30噸的鈾燃料,一航次的飛機就可以完成運送;

(4)核能發電的成本中,燃料費用所佔的比例較低,核能發電的成本受國際經濟情勢影響較小。

核聚變——在超高溫的條件下,將兩種質量較輕的原子核(如氘和氚),聚合成一個較重的原子核的一種核反應,又稱熱核反應。核聚變的威力更大。

溫度和壓強越高,熱核反應進行的速度越快。目前人類還未掌握人工控制核聚變反應速度的方法,因此,還不能和平的利用核聚變。我國和世界各國都在致力於受控熱核反應的研究,我國的研究成果已位於世界前列,位於我省合肥市的科學分院研製的「人造小太陽」——託卡馬克裝置就是成果之一。

太陽能是來自於太陽內部的核聚變,也是大自然中自然存在的唯一核聚變。

人工核聚變的應用——核爆炸——氫彈 1967年,我國爆炸的第一顆氫彈

三、其他新能源

你還知道有哪些新能源?

1. 水能 2. 風能 3. 海洋能 4. 地熱能 5. 氫能 6. 生物質能 7. 可燃冰

1. 水能發電

水力發電,研究將水能轉換為電能的工程建設和生產運行等技術經濟問題的科學技術。水力發電利用的水能主要是蘊藏於水體中的位能。為實現將水能轉換為電能,需要興建不同類型的水電站。根據《能源發展戰略行動計劃(2014——2020年)》的要求,2020年,我國水電裝機將達3.5億千瓦。

2. 風能發電

風力發電是指把風的動能轉為電能。風能是一種清潔無公害的的可再生能源能源,很早就被人們利用,主要是通過風車來抽水、磨麵等,人們感興趣的是如何利用風來發電。

利用風力發電非常環保,且風能蘊量巨大,因此日益受到世界各國的重視。

3. 海洋能

海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量,這些能量以潮汐能、波浪能、溫差能、鹽差能、海流能等形式存在於海洋之中。

海洋能的利用是指利用一定的方法、設備把各種海洋能轉換成電能或其他可利用形式的能。由於海洋能具有可再生性和不汙染環境等優點,因此是一種亟待開發的具有戰略意義的新能源。

4. 地熱能

5. 氫能

氫在地球上主要以化合態的形式出現,是宇宙中分布最廣泛的物質,它構成了宇宙質量的75%,是二次能源。氫能在21世紀有可能在世界能源舞臺上成為一種舉足輕重的能源,氫的製取、儲存、運輸、應用技術也將成為21世紀備受關注的焦點。氫具有燃燒熱值高的特點,是汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。氫燃燒的產物是水,是世界上最乾淨的能源。資源豐富,可持續發展。

未來的理想能源必須滿足的條件:第一,必須足夠豐富,可以保證長期使用;第二,必須足夠便宜,可以保證多數人用得起;第三,相關的技術必須成熟,可以保證大規模使用;第四,必須足夠安全、清潔,可以保證不會嚴重影響環境。

04典例精析

1.從人類生存的環境考慮,未來用於汽車的理想燃料是(  )

A.天然氣 B.煤 C.氫氣 D.汽油

【答案】C【解析】天然氣、煤、汽油燃燒時都生成大量的二氧化碳,二氧化碳是一種溫室氣體,能形成溫室效應,氫氣的燃燒生成物只有水,不會汙染環境,並且熱值很大,是一種清潔的能源,故ABD不符合題意,C符合題意。故選C。

2.中國國有核電巨頭中核工業集團2020年11月27日宣布,中國獨立研發的新型核電機組「華龍一號」全球首堆——中核集團福清核電5號機組首次併網成功。此前中國使用的核電機組主要通過從歐美引進,未來將加速獨立研發核電機組的建設,並將大力推動海外出口。核電站利用核能發電,它的核心設備是核反應堆。下列說法錯誤的是(  )

A. 目前核電站都是通過聚變反應來利用核能

B. 核反應堆中發生的鏈式反應是可以控制的

C. 原子核分裂或聚合時釋放出核能

D. 核能是一種不可再生的能源

【答案】A【解析】A.目前人類能夠控制的核反應是核裂變,核聚變人類還沒有能力控制其反應速度,故目前核電站都是通過裂變反應來利用核能,A說法錯誤,符合題意;B.核反應堆中發生的鏈式反應人類能夠控制反應速度,故是可以控制的,B說法正確,不符合題意;C.核能就是原子核分裂或聚合時釋放出來的能量,C說法正確,不符合題意;D.核能一旦使用,短期內不能再次利用,故是一種不可再生能源,D說法正確,不符合題意;故選A。

3.人類社會的發展離不開能源,能源革命促進了人類文明的進步。下列關於能源利用的說法中正確的是(  )

A.人類大量使用太陽能不會導致溫室效應

B.核能利用會造成放射性汙染,所以應該關閉核電站

C.開發利用太陽能是解決能源危機的唯一途徑

D.修築攔河壩建造水電站利用水能發電,有百利而無一害

【答案】A【解析】A.人類大量使用太陽能不會放出二氧化碳,不會導致溫室效應,故A正確;B.核燃料具有放射性,核洩漏會造成放射性的環境汙染,危害性很大,可以加強安全措施,更好地使用核能,故B錯誤;C.現在有若干的新能源,如核能、潮汐能、地熱能等都是可以利用的,都是可以緩解能源危機的,故C錯誤;D.修築攔河壩建造水電站也會對沿河的水域環境造成影響,給河流通航造成影響等,因此不利影響也是存在的,故D錯誤。故選A。

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