九年级物理第二十章 能量和能源上海科技版知识精讲

九年级物理九年级物理第二十章第二十章 能量和能源能量和能源上海科技版上海科技版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 第二十章 能量和能源 基本要求 1 通过实例了解能量及其存在的不同形式 能简单描述各种各样的能量和我们生活的关 系 2 通过实例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相互转化 3 知道能量守恒定律 能举出日常生活中能量守恒的实例 有用能量转化与守恒的观点 分析物理现象的意识 4 初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性 5 能通过具体事例 说出能源与人类生存和社会发展的关系 6 能结合事例 说出不可再生能源与可再生能源的特点 7 了解核能的优点和可能带来的问题 8 了解世界和我国的能源状况 对于能源的开发利用有可持续发展的意识 二 教材分析 能源和材料 信息一样被视为现代工业和科学的三大支柱之一 能源的利用和发展关 系着整个国民经济的发展 关系着整个人类的生产和生活 为了减少能源的大量消耗和能 源利用过程中对环境日益严重的污染 使国民经济走可持续发展的道路 就必须合理用能 和节能 节能已成为我国发展经济的一项战略方针而列入 中华人民共和国节约能源法 能量的转化和守恒是自然科学的核心内容之一 从更深的层次上反映了物质运动和相 互作用的本质 它广泛渗透在各门学科中 并和各种产业及日常生活息息相关 这部分内 容对于同学们树立科学的世界观 联系生活生产实际 形成可持续发展的意识以及进一步 学习其他科学技术 都是十分重要的 本章内容具有较强的综合性 内容涉及能源的开发和环境保护 都是关系到人类生存 与发展的重大社会问题 让同学们在学习中了解有关能量和能源的基本常识并学会关注自 然 关注社会是本章教学的主要目标 本章教材编写有两条线索 第一条线索为 能量 第二条线索为 能源 内容分为 三节 第一节 能量的转化与守恒 是以 能量 为线索 主要内容是介绍自然界各种形 式的能量和能量的转移与转化 并通过同学们的实验探究 让同学们对能量的转化有一个 感性的认识 最后突出能量守恒定律及其应用 第二节与第三节是以 能源 为线索 第 二节 能源与社会 从自然界的能源 能源的开发和利用及能源与环境三个方面让同学们 了解 由于各种能源的广泛利用 促进了社会的巨大进步 伴随着这种进步 人类对能源 的需求越来越大 但不可再生能源是有限的 且能源的开发和利用带来了环境污染和生态 破坏 如何解决能源供需矛盾以及能源的利用与环境保护的矛盾 是人类社会遇到的又一 难题 第三节 开发新能源 便是在第二节提出的问题基础上 让同学们了解 要解决能 源的供需矛盾和有关环境问题的根本途径是开发和利用新能源 且新能源的最大特点应该 是 清洁 和 可再生 重点 1 通过实例了解能量及其存在的不同形式 能说出一些常见的能量的名称 知道自然界 有多种形式的能量 2 知道能量守恒定律 能举出日常生活中能量守恒的实例 有用能量转化与守恒的观点 分析物理现象的意识 难点 1 理解能量守恒定律 2 理解可再生能源和不可再生能源的分类及能源与环境之间的关系 3 了解能源与环境的关系 增强环境保护的意识 第一节 能量的转化与守恒 基本要求 1 通过实例了解能量及其存在的不同形式 能说出一些常见的能量名称 知道自然界有 多种形式的能量 2 知道能量守恒定律 知道永动机不可能制成 并能自觉利用能量守恒定律分析有关问 题 3 能解释一些常见现象中的能量转化问题 4 能独立或采取合作的形式完成实验探究内容 重点 通过实例了解能量及其存在的不同形式 能说出一些常见的能量的名称 知道自然界 有多种形式的能量 难点 理解能量守恒定律 重点难点讲述 一 能的转化和守恒定律 我们知道 在机械能的范围内 动能和势能之间可以相互转化 通过学习改变物体内能的方法有做功和热传递 我们又知道了机械能和内能之间也可 以相互转化 这样 能的转化的范围便由机械能的狭小范围扩大到机械能和内能的较大范 围 过去我们还学习过电能可以转化为热能 即内能 例如电灯和电热器 电能也可以转 化为机械能 例如电风扇 电池能提供电流 说明化学能可以转变成电能 这些事例都说 明了自然界中的现象相联系 电现象和热现象相联系 化学现象和电现象相联系 今后我 们还要学习电现象和机械运动现象相联系等等 这些错综复杂的联系之中 都伴随着能的 转化 也可以说 能的转化的规律将自然界中的各种现象联系在一起 在 19 世纪确立了自 然界的一个最普遍的定律 能的转化和守恒定律 在外界对物体做功的情况下 机械能转化为内能 外界对物体做了多少功 就有多少 机械能转化为等量的内能 物体对外做功 内能转化为机械能 物体对外做了多少功 就有多少内能转化为等量 的机械能 电流做功时 电流做了多少功 就有多少电能转化为等量的其他形式的能 电流通过 电热器 完成了电能向热能的转化 电流通过电动机 完成了电能向机械能的转化 所以说 做功才实现了能的转化 能的转化是通过做功才实现的 能的转化是十分普遍的 大量的实验事实证明 任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中 消耗了多 少某种形式的能 就得到多少其他形式的能 而能的总量保持不变 能量既不能消灭 也不能创生 它只能从一种形式转化为其他形式 或者从一个物体 转移到另一个物体 而能的总量保持不变 这个规律叫能的转化和守恒定律 是自然界最普遍 最重要的基本定律之一 从物理 化学到地质 生物 大到天体宇宙 小到原子核内部 只要有能的转化 就一定遵从能量 守恒定律 在工程技术 科学研究中 这一规律都发挥着重要的作用 二 注意按客观规律办事 人们利用各种能源 都是通过能的转化来实现的 利用电能是把电能转化为机械能带 动各种机器工作 把电能转化为热能 炼钢 烧饭 把电能转化为化学能对金属进行电镀 等等 我们只有掌握了规律 按规律办事 而规律是不能随人们的意志转移的 过去 曾 有人试图制造一种所谓 永动机 这种机器一经推动 便可以不再继续补充能量就可以做 功 而且永远做功 这种违背科学规律的设想始终没有成功 原因是机器做功时 机械能 要转化为其他形式的能 消耗的机械能必须时时需要补充 应由其他物体的能量转化而来 只消耗能量 没有得到其他形式的能量补充 就不能永远工作 我们掌握能的转化和守恒定律 应该懂得我们所做工作是将一种形式的能转化为其他 形式的能 或是使能由一个物体转移到另一个物体 利用能的转化或转移的过程做功 而 不是创造能 但是自然界还蕴藏着大量的能源尚待我们开发 人们不仅应该注意合理地使用能 开 发新的能源 也同时应该注意节约能源 能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的 最重要的定律之一 1 能量守恒定律普遍适用 在形形色色的自然现象中 只要有能量的转化 就一定服 从能量守恒规律 从物理的 化学的现象到地质的 生物的现象 大到宇宙天体的演变 小到原子核内部粒子的运动 都服从能量守恒的规律 2 能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系 自然界的各种现象都不是孤立的 而是 相互联系的 电灯发光跟电流有联系 电能转化为光能反映了这种联系 植物生长更不是 孤立的 要靠阳光进行光合作用才能生长 光能转化为化学能反映了这种联系 3 能量守恒定律是人类认识自然的重要依据 人类认识自然 就要根据种种自然现象 总结规律 能量守恒定律就是人类总结出的规律之一 而且人类认识的其他规律也必定符 合能量守恒定律 1933 年意大利科学家费米 在研究 衰变的过程中发现 能量不守恒 于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子 这就是现在已被科学界公认 的中微子 这一事例说明了能量守恒定律 已成为人类认识自然的重要依据 4 能量守恒定律是人类利用自然的重要武器 纵观人类科学技术进步的历史 也是一 部认识能量 利用能量 实现能量转化的历史 从原始人钻木取火 到水能利用 从蒸汽 机发明 到电能的利用 从太阳能 到核能的利用 人类总是在认识 利用能源 逐步实 现能量的转化 第二节 能源与社会 基本要求 1 了解什么是能源 知道哪些属于可再生能源 哪些属于不可再生能源 2 知道能源与人类生存和社会发展密切相关 知道人类发现 开发 利用能源的历史 就是其认识自然 理解自然的历史 并能通过具体的事例进行说明 3 了解能源的利用和开发在推动社会进步的同时 带来了能源危机 也造成了对环境的 污染和生态的破坏 学会辨证的思考问题 学会关注自然 关注社会 重点 1 知道可再生能源和不可再生能源的区别 2 知道世界能源的构成和我国能源的结构 3 了解能源与环境的关系 增强环境保护的意识 难点 理解可再生能源和不可再生能源的分类及能源与环境之间的关系 重点内容解析 1 能源与我们的生活密切相关 能源直接影响到我们的生活质量 节能 缺电 新能源 能源与环境 成为一个又一个热门话题 我们来研究能源与社会的关系 同学们每天要吃饭 喝水 都用煤 煤气 柴禾 天然气 来煮饭 烧水 把生米 做成熟饭 把生水烧开都需要能量 煤 煤气 柴禾 天然气等等在燃烧时都能提供能量 要开动汽车 火车 飞机等交通工具需要消耗汽油或者柴油 汽油 柴油燃烧时也能提供 能量 江河里的水流也能提供能量 如山上采伐的木料放到江 河里能顺流而下 水流可 以运送木料做功 水流还可推动水轮机做功 使磨转动 水轮机还能带动发电机转动发出 电来 同样 流动的空气 风也有能量 风能推动风车做功 像煤 天然气 汽油 水流 风等等能够提供能量的物质资源 我们把它们都叫做能源 人们的生活 生产 科研都离 不开能源 像煤 石油 天然气 水流等等 凡是可以提供能量的物质资源都叫做能源 2 一次能源和二次能源 汽油 柴油都是从石油提炼出来的 那么煤 石油 天然气等等又是地下开采出来的 地下的这些东西煤 石油 天然气都是由古代的动物 植物经过长时间的地质变迁形成的 我们把它们统称为化石燃料 化石燃料 水能 风能 太阳能等等都是由自然界提供的能源叫做一次能源 一次能源是自然界直接提供的能源 教室里点灯 家里开收音机 电视机 工厂里开 动机器都要用电能 电能是由发电厂供给的 电能可由电池提供 电能还可由太阳能转化 而来 太阳能电池 火电厂把煤 石油等化石燃料转化成电能 水电站把水流能转化成电能 干电池 蓄 电池把化学能转化成电能 太阳能电池把太阳能转化成电能 电能是由化石燃料 水 能 风能 太阳能等等自然界直接提供的能源转化而来的 所以叫做二次能源 3 世界能源消耗量迅速增长 现在我们大量使用二次能源 电能 但实际消耗的还是转化成电能的一次能源 目前我国主要还是消耗化石燃料 随着科学技术的发展和进步 特别是近三 四十年以来 随着工 农业生产和科学技术的现代化 人们的生活也渐趋现代化 使能量消耗的增长趋 势十分明显 为了便于比较 我们把各种能源的消耗量都折合成燃烧值为 2 93 107焦 千 克的标准煤计算 在 1950 年是 26 亿吨 1987 年就是 110 多亿吨 到 2000 年要超过 200 亿吨 我们国家的能源消耗量也在迅速增加 1953 年全国能源消耗仅为 0 54 亿吨标准煤 到 1992 年已达到 10 89 亿吨标准煤 增加了近 20 倍 到 2000 年将增加到 17 亿吨标准煤 几乎接近 20 世纪初全世界 1 年能源消耗的总量 能源消耗的迅速增长 煤和石油越采越少 人类可能要出现能源危机 所以人们要寻找新的能源 4 常规能源和新能源 从古到今 人类使用的能源都是由太阳能转化来的 同学们知道煤 石油 天然气等化石燃料是古代生长的动 植物经过长时间的地质变 迁而形成的 那么这些动 植物又是怎么能生长壮大的呢 植物生长靠太阳把各种养分进 行光合作用变成植物生长的养料 动物生长靠吃植物或者其他的小动物 所以化石燃料从 根本上来说 来源于太阳能 太阳照到地球上 使空气变热上升 冷空气就下降形成风 太阳照到江 河 湖 海 的水面上 使水蒸发 蒸发的气上升到空中 在高空遇冷变成雨雪降下来 降到高山上的 雨和雪融化成的水从高处流下 形成水能 所以水能和风能也是间接来自于太阳能 新能源的利用 化石燃料 水流能 风能等都来源于太阳光的辐射 即太阳能 太阳每秒钟要向周围 空间辐射 3 8 1026焦的能量 其中到达地球表面的太阳能只有 1 7 1017焦 但仍有大量 的太阳能还没有被利用 近年来发明的太阳灶 太阳能热水器 太阳能电池等对太阳能的 直接利用还刚刚开始 这里还有很大的潜力可挖 此外自然界还存在大量的潮汐能和地热 能 我国和有的国家已试验用潮汐能和地热能来发电 由于有些技术问题还没有解决 使 造价过高 因此还没有被广泛采用 另外本世纪初还发现了原子核能 原子能 原子能已 经做为核潜艇 航空母舰和破冰船的核动力 也广泛地用于核电站 解决能源问题的主要出路 开发和利用新能源是人类解决能源问题的主要出路 我国虽然蕴藏着丰富的煤炭资源 新油田也在不断被发现 但是我国人口众多 能耗巨大 节约常规能源的消耗 开发和利 用新能源仍是我国的一项重要任务 第三节 开发新能源 基本要求 1 知道能源与人类社会密切相关 但需要不断开发和利用新能源以解决能源的供需矛盾 和环境问题 2 知道太阳能和核能是两种新能源 3 了解直接利用太阳能的两种途径 4 了解裂变 聚变 知道原子弹 氢弹的制造原理 知道核反应堆的作用 以及核电站 的原理和特点 重点 知道新能源的种类 知道新能源的用途 难点 核能的利用 重点内容讲述 随着经济的不断发展 能源的消耗量迅速增长 使能源问题越来越成为经济发展中的 突出问题 因此 人们正在积极寻找各种办法和措施 大力探索和开发各种新能源 一 太阳能 1 太阳能的优点 太阳能十分巨大 太阳能非常巨大 太阳能向周围空间辐射的总功率达 3 8 1026瓦 太阳能辐射到地球 表面的总功率是 l 7 1017瓦 太阳每小时辐射到地球的总能量达 1 7 1017瓦 3600 秒 6 1 1020焦 这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多 可见太阳能有多么巨大 太阳能供应时间长久 根据科学家推算 太阳像现在这样不停地向外辐射能量 还可以维持 60 亿年以上 对 于人类来说 太阳能可以说是一种取之不尽 用之不竭的永久性能源 太阳能分布广阔 获取方便 只要太阳能照到的地方 就有太阳能 不用专门去寻找 只要用东西接收就行了 不 需要挖掘开采 使用太阳能安全 不污染环境 太阳能是最干净的能源 开发 利用太阳能不会给我们带来污染 2 人类直接利用太阳能有两条途径 1 把太阳能转化成内能以供利用 例如用太阳灶 太阳能热水器等装置把太阳能转化成内能来做饭 烧水等等 也可用 集热器把水加热 产生水蒸气 再推动汽轮发电机发电 这就叫太阳能热电站 2 通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能 例如用硅光电池 也叫太阳能电池 把太阳能直接转化成电能 太阳能电池的应用 已很广泛 像人造卫星上的电源 太阳能汽车上的电源 小型电视机 计算器上的电源 城市道路路灯的电源等等都可用太阳能电池 我国还用太阳能电池做航标灯的电源 铁路 信号灯的电源等等 3 利用太阳能的困难 1 太阳能虽然十分巨大 但它太分散 经计算 垂直投射到地面每平方米面积上的太阳能只有几百瓦 所以要大规模开发利 用太阳能必须设置庞大的收集和转换能量的系统 目前造价还太高 影响推广 2 由于地球的自转和气候 季节等原因 太阳能的功率变化大 不稳定 给正常连 续地使用造成困难 3 目前太阳能转换器的效率不高 光热转换的效率为 50 60 而光电转换的效 率只有 10 左右 所以还要下大力气研制高转换效率的材料 要大规模地直接利用太阳能还要做大量的研究工作 现在已取得一定成果 只要不断 努力 必将会不断有新的进展 随着科学技术的进步 应用也将越来越广泛 有人预言 到 21 世纪 太阳能将会成为人类的重要能源之一 二 核能 科学家们在天然放射性现象的研究中 发现了极其微小的原子核内部还有结构 原子 核也是可以变化的 为了研究原子核内部的结构 物理学家们尝试用粒子去 轰击 原子 核 最初是用 粒子去轰击 后来又用质子 中子去轰击 发现都能引起原子核的变化 核反应 而且发现在某些核反应过程中能释放出大量能量 由于原子核的变化而释放的 巨大能量 我们把它叫做核能 由于原子核的变化而释放的巨大能量叫做核能 也叫原子能 释放核能的两条途径 经过科学家们的大量实验研究和理论分析 发现释放核能可以有重核的裂变和轻核的 聚变两条途径 重核的裂变 科学家们发现 用中子去轰击铀核 铀核会分裂成大小相差不大的两部分 这种现象 叫做裂变 裂变后的产物以很大的速度向相反方向飞开 与周围的物体分子碰撞 使分子动能增 加 核能转化成周围物体的内能 实验表明 裂变时释放的核能十分巨大 1 千克铀 235 中的铀核如果全部发生裂变 释放出的核能相当于 2500 吨标准煤完全燃烧时放出的能量 是同样质量煤燃料时放出能量的 2 5 106倍 从图中看到 铀 235 只有在中子的轰击下才能发生裂变 放出核能 那么是不是要不 断地从外界提供中子 才能维持铀核的不断裂变呢 科学家们从实验中发现 铀 235 核在 受到中子的轰击后 裂变成 2 个差不多大小的新粒子的同时 还释放出 2 3 个新中子 这 2 3 个中子又去轰击其它铀核 引起 2 3 个新铀核裂变 又各放出 2 3 个中子 这些中 子又去轰击更多的铀核发生裂变 随着一个铀核裂变的发生 会引起越来越多的铀核发 生裂变 这样 裂变就不断地自行持续下去 这种现象叫做链式反应 如果对裂变的链式反应不加控制 在极短的时间内就会引起大量的铀核发生裂变 在 极短的时间内就会释放出巨大的核能 发生猛烈的爆炸 原子弹就是根据这个原理制成的 这就是原子弹爆炸时释放的巨大核能产生的高温高压气体向外扩散时所升起的蘑菇状烟云 其上升的高度可达几百米 其破坏力和杀伤力都是十分巨大的 但是如果我们能够控制裂变链式反应的速度 使核能缓慢地 平稳地释放出来 就能 够代替化石燃料 进行和平利用 能够缓慢地 平稳地释放裂变产生的核能的装置叫做核 反应堆 人们已经成功地生产出各种规格的核反应堆 它是核潜艇 核动力破冰船 核电 站等设施的核心部件 轻核的聚变 科学家们在对核反应的研究中还发现 两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时 也能释放出核能 这种现象叫做聚变 由于聚变必须在极高的温度和压强下进行 所以也叫热核反应 例如把一个氘核 质 量数为 2 的氢核 和一个氚核 质量数为 3 的氢核 在高温 高压的环境下结合成一个氦 核时 就会释放出核能 氢弹就是利用这个原理制成的 氢弹的威力比原子弹要大得多 比原子弹的威力要大 几十倍 我们最熟悉的太阳内部就在不断地进行着大规模的核聚变反应 由此释放出的巨 大核能以电磁波的形式从太阳辐射出来 地球上的人类自古以来 每天都享用着这种聚变 释放出的核能 我国物理学家在核物理的研究方面也取得了重大成就 早在 40 年代 物理学家钱三强 和何泽慧在法国学习和工作期间与法国两个研究生一起 第一次发现了铀核裂变的三分裂 和四分裂现象 解放后从 1960 年开始 一批优秀的物理学家和其他人员 在西北高原的实 验室里 在荒无人烟的沙漠试验场中奋发图强 艰苦奋斗 经过短短 4 年的艰辛工作 于 1964 年 10 月 16 日成功地爆炸了我国的第一颗原子弹 为了赶超世界先进水平 科学家们 没有满足 又经过两年多时间的紧张工作 于 1967 年 6 月 17 日成功地爆炸了第一颗氢弹 其研制速度之快 效率之高是世界上第一流的 现在我们的运载工具 火箭技术也已相 当成熟了 不但给自己发射卫星 还替外国发射卫星 信誉很高 当然我国研制核武器只 是为了打破核垄断 抑制核讹诈 最终能够消灭核武器 和平利用核能 我们知道重核裂变时可释放出巨大的核能 而且我们已经掌握了控制裂变链式反应速 度的方法 利用核能发电的电站叫做核电站 目前已建成的核电站都是利用重核裂变的链 式反应释放的能量来发电的 1 核电站的工作原理 核电站的核心是核反应堆 世界上第一座铀核链式反应堆是在物理学家费米领导下于 1942 年 12 月在美国芝加哥大学体育场建成的 目前常用的反应堆以铀 235 为核燃料 为 了有效地利用反应堆中释放的核能 设计建造了两个循环回路 第一回路 在第一回路中 先用泵把水或其他液体压入核反应堆 在那里获得铀核裂变释放的核 能 被加热 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 第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后 进入汽轮发电机推动汽轮 机做功 把内能转化成电能 做功后的蒸汽温度和压强都降低了 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温高压蒸汽 汽轮机带动发电机发电 通过两个回路的不断循环 把核反应堆中铀核裂变释放的核能 源源不断地转化成第 二回路中水的内能 去推动汽轮发电机发电 转化成我们所需要的电能 这就是核电站的 工作原理 2 核电站的特点 消耗的 燃料 少 核电站只需消耗很少的核燃料 就能产生大量的电能 例如一座 100 万千瓦的火力发 电厂每年要耗煤三 四百万吨 而相同功率的核电站每年只需核燃料三 四十吨 这就大 大减少了燃料的运输 成本低 虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多 但是最后核算下来的成本仍然要比火力发 电站低 20 以上 所以世界上很多国家都在大力发展核电站 到 1989 年 全世界运行中 的核电站已有 434 座 总装机容量约 32000 万千瓦 发电量占全世界总发电量的 17 3 我们的努力目标 我国虽然有丰富的煤炭 水力和石油资源 由于我国人口众多 人均拥有量并不高 而且资源分布很不均匀 水力资源的 70 以上分布在西南地区 煤炭已探明的储量有 80 都分布在北方 而江南 8 省只占 2 江南 8 省 再加上山东 河北 辽宁 吉林及河南 共 13 个省的能源蕴藏量只占全国的 13 而人口却占全国的 63 能量消耗约占全国的 65 这种能源储藏和消耗上的不平衡 迫使北煤南运和西电东送 这就造成全国铁路运 输的一半以上要用来运送能源 水路运输的 1 3 以上要用来运送煤炭 所以在交通紧张的 华东 华南和东北地区发展核电站是迫切需要的 因为铀核裂变有放射性污染 因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施 防止放射 性物质泄漏 避免造成放射性污染 以保证核电站的安全运行 我国对核电站的安全非常 重视 有专门负责安全监督的核安全局 保证核能的安全应用 人们现在还不能像控制裂变那样有效地 随心所欲地控制聚变反应 和平利用聚变释 放的核能 但是由于核聚变可以释放比裂变更大的核能 而且不像裂变那样会产生较大的 放射性污染 其原料氘和氚等又比铀丰富得多 因此控制聚变反应是一个非常吸引人的课 题 目前世界上不少国家都在积极研究聚变的人工控制并已取得了一定的进展 我们国家 在这方面也没有落后 自己研制的可控核聚变的实验装置 中国环流器 1 号已于 1984 年 顺利启动 已经取得不少研究成果 至今仍在继续工作中 三 地热能 地热能是来自地下的热能 地球内部的热量主要是由于放射性分解以及地球内部物质 分异时产生的能 在地壳中 温度随着深度增加而均衡地增长 在 100km 深处约为 1000 1500 作为热源的岩浆 浸入地壳某处并加热不透水的结晶岩浆 使其上面的地 下水升温到 500 左右 但由于顶岩封盖压力很高 所以水蒸气仍处于液体状态 需要打 井才能喷出地面 通常 把地热资源以其在地下热储中存在的不同形式分为蒸汽型 地压型 干热岩型 热水型和岩浆型等五类 目前能为人类开发利用的主要是地热蒸汽和地热水两大类 其中 干蒸汽利用最好 地热能利用可分为直接利用和地热发电两方面 如温度超过 150 以上 的干蒸汽 属于高温地热田 可直接用于发电 但其数量也最少 湿蒸汽田的储量大约是 干蒸汽田的 20 倍 温度在 90 150 之间 属中温地热田 湿蒸汽使用前必须预先除去其 中的热水 在发电技术上较困难 热水储量最大 温度一般在 90 以下 属低温地热田 可直接用于取暖或供热 地热能的直接利用技术要求低 所需设备也较简单 因此已广泛 用于工业加工 洗涤 医疗等各方面 地热发电和火力发电原理一样 都是利用热能转变 为机械能 四 潮汐能 海潮汐是一种自然现象 是在月球和太阳引潮力作用下发生的海水周期性的涨落运动 一般情况下 每昼夜有两次涨落 一次在白天 称潮 一次在晚上 称汐 合起来即称潮 汐 1 潮汐磨在港 湾筑坝 利用潮汐涨落水位差作原动力 推动水轮机旋转 带动石 磨进行粮食和其它农副产品的加工 2 潮汐水轮泵在潮流界以上的潮区界河段 有潮水顶托的江河淡水 江湖潮差可达 2 3m 江边还有一定容量的河网港浦作淡水蓄能水库 因此可利用这些条件建泵站 来 解决灌溉问题 3 潮汐发电在海湾或潮汐河口建筑闸坝 形成水库 并在其旁侧安装水电机组 涨 潮时海水由海洋流入水库 落潮时 水库水位比海洋水位高 从而形成库内潮位差 利用 潮汐涨落潮差的能量 推动水轮发电机组发电 潮汐能是一种清洁 不污染 不影响生态平衡的可再生能源 完全可发展成为沿海地 区生产 生活等需要的重要补充能源 潮汐电站不需要淹没大量农田构成水库 也不需要 筑高水坝 所以没有修建水库带来的生态环境等问题 但潮汐电站建在港湾海口 通常水 坝长 施工 地基处理及防淤等较困难 故土建和机电投资大 造价较高 五 风能 风能利用就是把自然界风的能量经过一定的转换器 转换成有用的能量 这种转换器 即风力机 它以风作能源 将风力转换为机械能 电能 热能等 我国的风能利用主要有 风力发电 风力提水和风帆助航等几种形式 六 氢能 氢能又叫氢燃料 是一种清洁能源 氢燃烧后的生成物是水 水又可分解产生 H2和 O2 循环往复 对环境无污染 便于运输和贮藏 但制取氢的方法目前主要是电解水法 效率低且投资和运行费用高 氢又是一种易爆物质 且无臭无味 燃烧时几乎不见火苗 这些不安全特性使氢的使用受到限制 典型例题典型例题 例 1 判断下列说法是否正确 A 能量就是能源 B 电能是一种二次能源 C 石油是一种常规能源 分析 分析 能源是提供能量的物质资源 能源的利用过程 实质上是能量的转化和转移过 程 但不能说能源就是能量 说法 1 是不正确的 能源的分类方法很多 所谓一次能源和 二次能源是按能源是否由自然界直接提供来分的 如煤 石油 草木燃料 风 流水等都 属于一次能源 而电能是一种再造能源 是由自然界提供的能源转化而来的 属于二次能 源 所以说法 2 是正确的 所谓常规能源和新能源是按人们发现和利用能源的进程来划分 的 石油是人类已经利用多年的一种能源 属常规能源 因而说法 3 也是正确的 解答 解答 A 错误 B C 正确 例 2 关于能源的利用 下列说法中正确的是 A 由于我国煤和石油的储量十分丰富 所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要 B 能源的利用过程 实质上是能的转化和传递过程 C 现在人类社会使用的能源主要是煤 石油和天然气 D 煤 石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能 分析 分析 煤 石油和天然气是由古代的动植物在长期地质变迁中形成的 古代的动物食 用植物 而植物是靠吸收太阳能生长的 所以可以说 煤 石油和天然气的化学能来自太 阳能 目前人类使用的能源主要的仍是煤和石油 燃料燃烧时 化学能转化为内能 内能 又可转化成机械能和电能 人类在生产和生活中需要各种形式的能 我们可以根据需要把 能源的能量转化成各种形式的能 以供利用 所以 能源的利用过程实质上是能的转化和 传递的过程 我国的煤和石油尽管储量丰富 但终究有限 且利用后不能再生 终有用完 的日子 所以开发和利用新能源 特别是核能和太阳能 是解决能源问题的出路 因此在 四个说法中 错误的是 A 解答 解答 B C D 例 3 1kg 铀全部裂变释放出的能量约为 8 5 1013J 相当于完全燃烧多少无烟煤放出的 能量 分析 分析 查出煤的燃烧值 即可根据铀裂变放出的总能量算出所需煤的质量 解答 解答 查表可知 无烟煤的燃烧值为 3 4 107J kg 设完全燃烧 mkg 无烟煤放出的热 量相当于 1kg 铀全部裂变释放出的能量 则 6 7 13 105 2 104 3 105 8 kgJ J m 相当于 2 5 106kg 的无烟煤 说明 说明 从以上计算可以看出 原子核在发生裂变时释放的能量是十分巨大的 所以 开发核能对国民经济的发展具有重大的意义 例 4 下列关于核能的说法正确的是 A 物质是由原子组成的 原子中有原子核 所以利用任何物质都能得到核能 B 到目前为止 人类获得核能有两种途径 即原子核的裂变和聚变 C 原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的 D 自然界只有在人为的条件下才会发生裂变 分析 分析 核能是人们在近几十年里才发现和开始利用的新能源 虽然各种物质的原子里 都有原子核 但在通常情况下并不能释放能量 只有当原子核发生改变 裂变和聚变时 才能放出巨大的能量 原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短的时间内释放出巨大能量 的原理制成的 而氢弹则是利用轻核的聚变制成的 自然界除了人为的聚变反应外 太阳 和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应 并以光和热的形式将核能辐射出来 故应选 B 解答 解答 B 例 5 在核电站中 从核能到电能 中间经过了哪些形式的能量转换 分析 分析 可根据核电站的基本工作过程考虑 解答 解答 在核电站中 反应堆里铀核的裂变将核能转化为高温蒸气的内能 蒸气推动汽 轮机运转 将内能转化为机械能 动能 汽轮机带动发电机发电 将动能转化为电能 例 6 核电站和一般火力发电站的工作原理有哪些异同 解答 解答 核电站与一般火力发电站在 发电 这一环节上是一样的 都是利用高温高压 蒸汽驱动汽轮机做功 带动发电机发电 即由内能转化为机械能 再转化为电能 不同的 是核电站是利用核反应堆放出的核能转化为高温高压蒸汽的内能 而一般火力发电站是利 用煤或石油燃烧时的化学能转化成高温高压蒸汽的内能 例 7 试计算太阳每小时辐射到地球上的总能量是多少 这些能量相当于多少无烟煤完全 燃烧所放出的能量 分析 分析 查出太阳辐射的平均功率 p 即可算出每小时太阳辐射的总能量 解答 解答 查表知太阳能辐射到地球表面的平均功率为 1 7 1017W 所以太阳每小时辐射 到地球表面的能量 E p t 1 7 1017W 3600s 6 12 1020J 查表知无烟煤的燃烧值为 3 4 107J kg 因此要产生 6 12 1020J 热量需完全燃烧无烟煤 的质量为 太阳能每小时辐射到地球表面的能量为 6 12 1020J 它相当于 1 8 1010