物理選修人教新課標(biāo)新能源的開發(fā)

1、1第三節(jié)第三節(jié) 新能源的開發(fā)新能源的開發(fā)2學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是傳統(tǒng)能源，什么是能源危機(jī)知道什么是傳統(tǒng)能源，什么是能源危機(jī)2知道有哪些新能源和新能源開發(fā)的意義知道有哪些新能源和新能源開發(fā)的意義3知道太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、氫知道太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋淠艿膬?yōu)點(diǎn)和應(yīng)用能的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用3第第三三節(jié)節(jié)核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動講練課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)4課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、能源的分類一、能源的分類常規(guī)能源有常規(guī)能源有_、_、_等，而新能等，而新能源主要包括核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)嵩粗饕ê四堋?/p>

2、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、氫能等能、氫能等煤煤石油石油天然氣天然?二、新能源二、新能源1太陽能太陽能利用太陽能主要有三種方式：利用太陽能主要有三種方式：(1)光熱轉(zhuǎn)換光熱轉(zhuǎn)換是是指把太陽的光能轉(zhuǎn)換為指把太陽的光能轉(zhuǎn)換為_能的過程；能的過程；(2)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換是指把太陽輻射的能量直接轉(zhuǎn)換是指把太陽輻射的能量直接轉(zhuǎn)換為為_能的過程；能的過程；(3)光化學(xué)轉(zhuǎn)換光化學(xué)轉(zhuǎn)換是指將太陽能轉(zhuǎn)換為是指將太陽能轉(zhuǎn)換為_能的過程能的過程內(nèi)內(nèi)電電化學(xué)化學(xué)62風(fēng)能：風(fēng)是流動的空氣，所以風(fēng)具有能量風(fēng)風(fēng)能：風(fēng)是流動的空氣，所以風(fēng)具有能量風(fēng)能的利用主要有兩種方式能的利用主要有兩種方式(1)將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)閷L(fēng)能

3、直接轉(zhuǎn)變?yōu)開能，如風(fēng)車帶動水泵能，如風(fēng)車帶動水泵抽水；抽水；(2)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為_能，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)能，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)3生物質(zhì)能：是由生物體產(chǎn)生的能量，是以生物質(zhì)能：是由生物體產(chǎn)生的能量，是以_能的形式存在于生物體中的太陽能，來源于植物能的形式存在于生物體中的太陽能，來源于植物的的_作用作用機(jī)械機(jī)械電電化學(xué)化學(xué)光合光合74地?zé)崮埽旱責(zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部釋放出來的能地?zé)崮埽旱責(zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部釋放出來的能量地?zé)崴睦梅种苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電量地?zé)崴睦梅种苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電5氫能：利用氫氣燃燒放出的能量氫能的利氫能：利用氫氣燃燒放出的能量氫能的利用有兩個(gè)關(guān)鍵：一是廉價(jià)的制氫方法用有兩個(gè)關(guān)鍵：一是廉

4、價(jià)的制氫方法(利用聚焦利用聚焦_能獲得高溫來分解水，從而得到氫能獲得高溫來分解水，從而得到氫)；二；二是氫的儲存，目前公認(rèn)最有前途的方法是是氫的儲存，目前公認(rèn)最有前途的方法是“_”太陽太陽金屬儲氫金屬儲氫8核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、能源和能源危機(jī)一、能源和能源危機(jī)1能源的分類能源的分類一次能源一次能源二次能源二次能源常規(guī)能常規(guī)能源源燃料能源燃料能源煤、石油、天然煤、石油、天然氣、植物秸稈氣、植物秸稈煤氣、焦炭、汽煤氣、焦炭、汽油、柴油油、柴油液化石油氣、酒液化石油氣、酒精精非燃料能非燃料能源源水能水能電力、蒸汽、熱電力、蒸汽、熱水、余熱水、余熱新新能能源源燃料能源燃料能源核燃料核燃料沼氣、氫

5、氣沼氣、氫氣非燃料能非燃料能源源太陽能、風(fēng)能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能地?zé)崮?、潮汐能激光激?2.能源危機(jī)能源危機(jī)地球上可供使用的傳統(tǒng)能源是有限的，是不可再地球上可供使用的傳統(tǒng)能源是有限的，是不可再生的煤和石油是地球在幾十億年中積攢下來的生的煤和石油是地球在幾十億年中積攢下來的不可再生能源，它們是有限的按不可再生能源，它們是有限的按20世紀(jì)末的消世紀(jì)末的消費(fèi)量估算，已經(jīng)探明的可供開采的石油和天然氣，費(fèi)量估算，已經(jīng)探明的可供開采的石油和天然氣，也許只能維持幾十年，即使是儲量最多的煤炭，也許只能維持幾十年，即使是儲量最多的煤炭，也不過維持開采也不過維持開采200多年自從煤炭和石油成為多年自從煤

6、炭和石油成為人類社會的主要能源以后，人類便開始大量消耗人類社會的主要能源以后，人類便開始大量消耗自然界用幾十億年積累起來的自然界用幾十億年積累起來的(財(cái)富財(cái)富)資源隨著資源隨著生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，迅速增長的能量生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，迅速增長的能量消耗與日益耗竭的能源之間矛盾加劇，如果沒有消耗與日益耗竭的能源之間矛盾加劇，如果沒有新的能源供應(yīng)，世界將面臨能源短缺的危機(jī)新的能源供應(yīng)，世界將面臨能源短缺的危機(jī)10二、新能源的開發(fā)二、新能源的開發(fā)1新能源新能源人類正在開發(fā)和利用的新能源是核能、太陽能、人類正在開發(fā)和利用的新能源是核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎蜌淠茱L(fēng)能、生物質(zhì)能、地

7、熱能和氫能2太陽能太陽能(1)太陽能的優(yōu)點(diǎn)太陽能的優(yōu)點(diǎn)利用太陽能獲得電力，需通過太陽能電池進(jìn)行光利用太陽能獲得電力，需通過太陽能電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)它同以往其他電源發(fā)電原理完全電轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下優(yōu)點(diǎn)：不同，具有以下優(yōu)點(diǎn)：無枯竭危險(xiǎn)；無枯竭危險(xiǎn)；絕對干絕對干凈凈(無公害無公害)；不受資源分布地域的限制；不受資源分布地域的限制；可可在用電處就近發(fā)電；在用電處就近發(fā)電；能源質(zhì)量高；能源質(zhì)量高；獲取能源獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短，因此在能源開發(fā)中占相當(dāng)大的分花費(fèi)的時(shí)間短，因此在能源開發(fā)中占相當(dāng)大的分量量11(2)太陽能也存在著明顯的缺點(diǎn)太陽能也存在著明顯的缺點(diǎn)分散性到達(dá)

8、地球表面的太陽輻射能雖然總量分散性到達(dá)地球表面的太陽輻射能雖然總量很大，但是能流密度比較低很大，但是能流密度比較低間斷性由于晝夜、季節(jié)、地理緯度和地形等間斷性由于晝夜、季節(jié)、地理緯度和地形等自然條件的限制，以及天氣等隨機(jī)因素的影響，自然條件的限制，以及天氣等隨機(jī)因素的影響，地球上接收到的太陽輻射是不連續(xù)的、不穩(wěn)定地球上接收到的太陽輻射是不連續(xù)的、不穩(wěn)定的的這對太陽能的大規(guī)模利用提出了挑戰(zhàn)怎樣高效這對太陽能的大規(guī)模利用提出了挑戰(zhàn)怎樣高效利用太陽能仍是科學(xué)研究的課題利用太陽能仍是科學(xué)研究的課題12(3)太陽能的利用方式太陽能的利用方式人類利用太陽能的方式可分為以下幾種人類利用太陽能的方式可分為以下

9、幾種光熱轉(zhuǎn)換是太陽輻射能的聚集的過程光熱轉(zhuǎn)換是太陽輻射能的聚集的過程優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)最為成熟，成本最為低廉，應(yīng)用最為廣優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)最為成熟，成本最為低廉，應(yīng)用最為廣泛泛裝置：平板集熱器和聚光式集熱器裝置：平板集熱器和聚光式集熱器應(yīng)用：太陽能熱水器、太陽能溫室、太陽能干燥器應(yīng)用：太陽能熱水器、太陽能溫室、太陽能干燥器等都是平板集熱器，也叫非聚光式集熱器等都是平板集熱器，也叫非聚光式集熱器反射式太陽灶、高溫太陽爐是聚光式集熱器反射式太陽灶、高溫太陽爐是聚光式集熱器13光電轉(zhuǎn)換是把太陽輻射的能量直接轉(zhuǎn)換為電能光電轉(zhuǎn)換是把太陽輻射的能量直接轉(zhuǎn)換為電能的過程的過程優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用較廣優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)已經(jīng)成熟，

10、應(yīng)用較廣裝置：太陽能電池裝置：太陽能電池應(yīng)用：太陽能電池使用簡便，易于維護(hù)，適用于應(yīng)用：太陽能電池使用簡便，易于維護(hù)，適用于電子儀表、高山氣象站、輸油輸氣管道的維護(hù)等電子儀表、高山氣象站、輸油輸氣管道的維護(hù)等許多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海許多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海島等地，這樣可以避免鋪設(shè)輸電線路島等地，這樣可以避免鋪設(shè)輸電線路.90%的人造的人造衛(wèi)星和宇宙飛船都采用太陽能電池供電衛(wèi)星和宇宙飛船都采用太陽能電池供電14光化學(xué)轉(zhuǎn)換是將太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過光化學(xué)轉(zhuǎn)換是將太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程主要途徑是綠色植物吸收太陽輻射的能量，程主要途徑是綠色植物吸收太陽輻射的能量，

11、以二氧化碳和水為原料，生產(chǎn)出有機(jī)物質(zhì)并放以二氧化碳和水為原料，生產(chǎn)出有機(jī)物質(zhì)并放出氧這個(gè)過程就是光合作用這個(gè)過程生成出氧這個(gè)過程就是光合作用這個(gè)過程生成的碳水化合物的碳水化合物(糖類糖類)，在生物體內(nèi)供給生命活動，在生物體內(nèi)供給生命活動所需的能量光合作用把不能被生物利用的太所需的能量光合作用把不能被生物利用的太陽能轉(zhuǎn)化為可以被生物利用的化學(xué)能陽能轉(zhuǎn)化為可以被生物利用的化學(xué)能153風(fēng)能風(fēng)能(1)風(fēng)能：風(fēng)是由于空氣的流動而形成的，風(fēng)具有風(fēng)能：風(fēng)是由于空氣的流動而形成的，風(fēng)具有能量，是一種天然能源風(fēng)能蘊(yùn)藏量豐富，可以能量，是一種天然能源風(fēng)能蘊(yùn)藏量豐富，可以再生，永不枯竭，沒有污染，隨處都可以開發(fā)利再

12、生，永不枯竭，沒有污染，隨處都可以開發(fā)利用用(2)優(yōu)點(diǎn)和不足優(yōu)點(diǎn)和不足在重視環(huán)境保護(hù)的時(shí)代，使用風(fēng)能這種在重視環(huán)境保護(hù)的時(shí)代，使用風(fēng)能這種“綠色綠色”能能16源，對改善地球生態(tài)環(huán)境、減少空氣污染有著非源，對改善地球生態(tài)環(huán)境、減少空氣污染有著非常積極的價(jià)值常積極的價(jià)值風(fēng)能突出的弱點(diǎn)是密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異風(fēng)能突出的弱點(diǎn)是密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大大(3)應(yīng)用應(yīng)用將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為電能電能174生物質(zhì)能生物質(zhì)能(1)生物質(zhì)能：由生物體產(chǎn)生的能量就是生物質(zhì)生物質(zhì)能：由生物體產(chǎn)生的能量就是生物質(zhì)

13、能生物質(zhì)能是以化學(xué)能的形式儲存在生物體中能生物質(zhì)能是以化學(xué)能的形式儲存在生物體中的太陽能，來源于植物的光合作用的太陽能，來源于植物的光合作用(2)應(yīng)用：生物質(zhì)能主要來源于柴薪、人畜糞便、應(yīng)用：生物質(zhì)能主要來源于柴薪、人畜糞便、城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃燒外，城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃燒外，利用生物質(zhì)能的技術(shù)還有沼氣生產(chǎn)、酒精制取、利用生物質(zhì)能的技術(shù)還有沼氣生產(chǎn)、酒精制取、人造石油的制造、生物質(zhì)能發(fā)電等人造石油的制造、生物質(zhì)能發(fā)電等185地?zé)崮艿責(zé)崮?1)地?zé)崮埽旱責(zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部釋放出來的內(nèi)地?zé)崮埽旱責(zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部釋放出來的內(nèi)能一般認(rèn)為地?zé)醽碓从诘厍蛏钐幦廴诘膸r漿和能一般

14、認(rèn)為地?zé)醽碓从诘厍蛏钐幦廴诘膸r漿和放射性物質(zhì)的衰變放射性物質(zhì)的衰變(2)應(yīng)用：可以通過地下蒸汽、地?zé)崴畱?yīng)用：可以通過地下蒸汽、地?zé)崴?溫泉溫泉)、地、地下干熱巖體來得到地?zé)崮艿責(zé)崮芸芍苯佑糜诓上赂蔁釒r體來得到地?zé)崮艿責(zé)崮芸芍苯佑糜诓膳?、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室養(yǎng)殖，以及醫(yī)療等方面天暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室養(yǎng)殖，以及醫(yī)療等方面天然溫泉與人工開采的地下熱水，已經(jīng)廣泛使然溫泉與人工開采的地下熱水，已經(jīng)廣泛使用據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，世界地?zé)崴闹苯永眠h(yuǎn)遠(yuǎn)用據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，世界地?zé)崴闹苯永眠h(yuǎn)遠(yuǎn)超過地?zé)岚l(fā)電，中國的地?zé)崴苯永镁邮澜缡壮^地?zé)岚l(fā)電，中國的地?zé)崴苯永镁邮澜缡孜晃?96氫能氫能(1)氫能：無論核能還是太陽能

15、，都不便于儲存和氫能：無論核能還是太陽能，都不便于儲存和攜帶目前迫切需要一種能替代石油、儲量豐富攜帶目前迫切需要一種能替代石油、儲量豐富、不污染環(huán)境的燃料這種理想的燃料就是氫、不污染環(huán)境的燃料這種理想的燃料就是氫(2)氫能的開發(fā)和利用氫能的開發(fā)和利用兩個(gè)難題兩個(gè)難題作為潛在的能源，氫能的開發(fā)利用需要解決兩個(gè)作為潛在的能源，氫能的開發(fā)利用需要解決兩個(gè)難題一個(gè)難題是氫的制備，需要一種價(jià)廉易行難題一個(gè)難題是氫的制備，需要一種價(jià)廉易行的方法；二是氫的儲存和運(yùn)輸要比較方便的方法；二是氫的儲存和運(yùn)輸要比較方便20氫的制備方式氫的制備方式一是用電解水的辦法可以得到氫，但是所消耗的一是用電解水的辦法可以得到氫

16、，但是所消耗的能量會大于氫燃燒放出的能量，顯然不合算能量會大于氫燃燒放出的能量，顯然不合算二是可以利用聚焦太陽能獲得高溫來分解水，從二是可以利用聚焦太陽能獲得高溫來分解水，從而得到氫，這是廉價(jià)制氫的最有希望的方法而得到氫，這是廉價(jià)制氫的最有希望的方法儲存氫的三種方式儲存氫的三種方式一是氣態(tài)儲氫，將氫氣儲存在鋼瓶中；二是液態(tài)一是氣態(tài)儲氫，將氫氣儲存在鋼瓶中；二是液態(tài)儲氫，將液氫儲存在大罐內(nèi)；三是儲氫，將液氫儲存在大罐內(nèi)；三是“金屬儲氫金屬儲氫”，就是使氫與一些合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬氫就是使氫與一些合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬氫化物，這一反應(yīng)是可逆的，在一定溫度、壓力下，化物，這一反應(yīng)是可逆的，

17、在一定溫度、壓力下，金屬氫化物將重新分解出氫供使用，這是目前公金屬氫化物將重新分解出氫供使用，這是目前公認(rèn)最有前途的一種方法認(rèn)最有前途的一種方法21(3)應(yīng)用應(yīng)用氫氧燃料電池，實(shí)驗(yàn)用的氫燃料汽車都是氫的氫氧燃料電池，實(shí)驗(yàn)用的氫燃料汽車都是氫的直接應(yīng)用將來我們?nèi)裟塬@取大量的廉價(jià)氫，氫直接應(yīng)用將來我們?nèi)裟塬@取大量的廉價(jià)氫，氫燃料可以取代現(xiàn)在使用的所有能源燃料可以取代現(xiàn)在使用的所有能源22課堂互動講練課堂互動講練太陽能的利用太陽能的利用 太陽直接射到地面上的輻射功率，在與光太陽直接射到地面上的輻射功率，在與光垂直的平面上，每平方米的功率約為垂直的平面上，每平方米的功率約為1400 W若若面積為面積為

18、2 m2，且與陽光垂直的某熱水器內(nèi)有，且與陽光垂直的某熱水器內(nèi)有10 kg的水，且水的初溫為的水，且水的初溫為20 ，熱效率為，熱效率為80%，需多，需多長時(shí)間才能使水沸騰長時(shí)間才能使水沸騰已知已知c水水4.2103 J/(kg)?23【答案】【答案】1500 s【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】轉(zhuǎn)化率是太陽能和熱能聯(lián)系的轉(zhuǎn)化率是太陽能和熱能聯(lián)系的關(guān)鍵關(guān)鍵24風(fēng)能的利用風(fēng)能的利用 某地區(qū)的平均風(fēng)速是某地區(qū)的平均風(fēng)速是6 m/s，已知空氣密度，已知空氣密度為為1.3 kg/m3，此地有一風(fēng)車，其葉片轉(zhuǎn)動而形成，此地有一風(fēng)車，其葉片轉(zhuǎn)動而形成一個(gè)半徑為一個(gè)半徑為20 m的圓面，假如這個(gè)風(fēng)車能將此圓的圓面，假如這個(gè)風(fēng)車能將此圓內(nèi)內(nèi)10%的氣流動能轉(zhuǎn)化為電能，求這個(gè)風(fēng)車發(fā)電的氣流動能轉(zhuǎn)化為電能，求這個(gè)風(fēng)車發(fā)電的功率的功率2526【答案】【答案】1.76104 W【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】風(fēng)力發(fā)電是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)力發(fā)電是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)能屬可再生能源，正確解題要求能建立清晰的風(fēng)能屬可再生能源，正確解題要求能建立清晰的物理圖景和物理模型物理圖景和物理模型27氫能的利用氫能的利用 以氫氣為燃料的汽車發(fā)動機(jī)在燃燒過程中，以氫氣為燃料的汽車發(fā)動機(jī)在燃燒過程中，只會排出水蒸氣而無二氧化碳等其他廢氣排出，只會排出水蒸氣而無二氧化