能源及其應(yīng)用 【 備課精講精研 】 高二物理 （滬科版2020上海必修第三冊(cè)）

第十二章

能源與可持續(xù)發(fā)展12.1能源及其應(yīng)用1.知道什么是能源.2.知道能源的分類方法.3.能清楚新能源的利用和開發(fā)方法.【學(xué)習(xí)目標(biāo)】導(dǎo)入新課

自然界中能量無所不在，但其表現(xiàn)形式又是多種多樣的。以路上跑的汽車為例：新能源公交車內(nèi)部電池中貯存著電能，電能轉(zhuǎn)化為聲能、光能、機(jī)械能等能量形式。汽車行駛，具有動(dòng)能；打開車燈照亮道路，這是光能的作用；鳴響喇叭，聲波在空氣中傳播，是聲能的表現(xiàn)。另外，自然界還有核能、勢(shì)能、生物質(zhì)能等。正是由于在這個(gè)世界上到處有能量存在，而且這些能量還可以相互轉(zhuǎn)化，才使得我們這個(gè)世界絢麗多彩，充滿了生機(jī)和活力。能量不僅普遍存在，而且無時(shí)無刻不在發(fā)揮作用。一、什么是能源？能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。能源是能提供多種形式、可以相互轉(zhuǎn)換的能量的源泉。人類利用的能源有太陽、草木、風(fēng)、水、煤、石油、天然氣等。太陽能風(fēng)能地?zé)崮芎四艹毕苊菏吞烊粴舛⒛茉慈绾畏诸?？?）一次能源：是指直接取自然界，未經(jīng)加工轉(zhuǎn)化的能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四?、潮汐?..（2）二次能源：是指由一次能源加工轉(zhuǎn)化而成的能源產(chǎn)品，如焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能...1、按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分特點(diǎn)：自然形成，未經(jīng)加工特點(diǎn)：由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而成2、按其形成和來源分類：

（1）來自太陽輻射的能量，如：太陽能、煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、生物能等。（2）來自地球內(nèi)部的能量，如：核能、地?zé)崮?。?）天體引力能，如：潮汐能。3、按可否再生分（2）不可再生能源：煤、石油、天然氣、核燃料...特點(diǎn)：短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得

（1）可再生能源：水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?..

特點(diǎn)：可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充4、按對(duì)環(huán)境污染情況分（2）污染能源：化石燃料（煤、石油、天然氣）特點(diǎn)：會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境（1）清潔能源：太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能...特點(diǎn)：對(duì)環(huán)境基本上沒污染5、按利用技術(shù)分

（2）新能源：太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能...

特點(diǎn)：正在開發(fā)，或有新的利用方式（1）常規(guī)能源：煤、石油、天然氣、水能...特點(diǎn)：已大規(guī)模正常使用分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生可再生能源可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對(duì)環(huán)境污染情況清潔能源對(duì)環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油)總結(jié)例1印度洋海底發(fā)生強(qiáng)烈地震，引發(fā)的海嘯破壞性極強(qiáng)，造成幾十萬人死亡和無數(shù)財(cái)產(chǎn)損失……海嘯之所以有這樣大的破壞性，是因?yàn)楹[時(shí)海水具有很大的(

) A.內(nèi)能 B.重力勢(shì)能 C.彈性勢(shì)能 D.機(jī)械能

答案D例2下列物質(zhì)是能源的是(

)解析鐵塊不能直接給人類生活提供能量，所以A選項(xiàng)不符合題意；花崗石不能向自然界提供能量，所以B選項(xiàng)不符合題意；人類可以利用太陽能發(fā)電、取熱，為人類提供生活能量，所以C選項(xiàng)符合題意；沙漠中的沙不能直接給人類生活提供能量，所以D選項(xiàng)不符合題意；故選C。答案C例3目前，科學(xué)家正在研究太空電站，即地球同步軌道上的太陽能電站，其示意圖如圖所示。下列說法中錯(cuò)誤的是(

)A.太陽能來自太陽內(nèi)部的核聚變B.太陽能收集板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能C.利用微波傳輸，實(shí)現(xiàn)了“無纜輸電”D.以地面接收站為參考系，太陽能電站是運(yùn)動(dòng)的解析由于太陽能電站在地球同步軌道上，所以太陽能電站相對(duì)于地面是靜止的，故以地面接收站為參考系，太陽能電站是靜止的，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案

D例4(多選)下列說法中正確的是(

) A.能量只是以勢(shì)能和動(dòng)能兩種形式存在 B.能量只是存在于具有一定高度或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體中 C.任何物質(zhì)均具有能量 D.能量存在形式多種多樣，且不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，并且轉(zhuǎn)化過程中總能量是守恒的

答案CD

解析所謂一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源，它包括：原煤、原油、天然氣、核能、太陽能、水能、風(fēng)能、波浪能、潮汐能、地?zé)?、生物質(zhì)能和海洋溫差能等等。由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品，稱為二次能源，例如：電能、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等等，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。

例5下列能源中，屬于二次能源的是(

) A.煤 B.汽油

C.太陽能 D.石油答案B三、如何開發(fā)和利用新能源從環(huán)境保護(hù)和發(fā)展的可持續(xù)性來看，石油、煤和天然氣等燃料，不僅儲(chǔ)存量有限，而且石油、煤等燃料在應(yīng)用時(shí)會(huì)排放大量有害氣體，引起溫室效應(yīng)和大氣污染。而太陽能、水能、風(fēng)能等具有可再生、無污染等特點(diǎn)?？茖W(xué)家們一直在研究和開發(fā)這些“清潔能源”，同時(shí)還在發(fā)展和利用核能。1.水能水力發(fā)電是利用水能的主要方面。一般需筑壩攔截江河水流或蓄水成水庫，水流自上而下沖擊安裝在壩底的發(fā)電機(jī)組發(fā)電?？梢娝Πl(fā)電的能源乃是上游水的勢(shì)能。歸根結(jié)底，能量來自太陽。如圖，我國(guó)三峽水電站位于湖北省宜昌市三斗坪鎮(zhèn)境內(nèi)，總裝機(jī)容量達(dá)到2240萬千瓦，是我國(guó)最大的水力發(fā)電站和清潔能源生產(chǎn)基地。三峽水電站通過華東電網(wǎng)保障了，上海市巨大的用電量。三峽工程是一項(xiàng)極具綜合效益的水利工程，集發(fā)電、防洪、航運(yùn)、供水灌溉等多種效益于一體。水能不僅可再生，而且成本低、效率高。許多國(guó)家在規(guī)劃電力工業(yè)時(shí)也往往優(yōu)先發(fā)展水電。2.風(fēng)能.風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能的最重要的方面。風(fēng)力發(fā)電就是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示的上海市東海大橋10萬千瓦風(fēng)電場(chǎng)是中國(guó)第一個(gè)國(guó)家海上風(fēng)電示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)臨港新城至洋山深水港的東海大橋兩側(cè)，海上風(fēng)電機(jī)組全部是我國(guó)自主研發(fā)。每年為國(guó)家節(jié)約燃煤幾十萬噸，減排大量二氧化碳。風(fēng)能也是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式。太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中氣壓分布不均勻，從而形成風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染，但存在風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率偏低的發(fā)展瓶頸。風(fēng)能作為一.種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國(guó)的重視。3.太陽能太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電是一種新興的可再生能源，是太陽能利用的重要方面。光伏的含義是利用半導(dǎo)體技術(shù)直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能(稱為光伏效應(yīng))輸出，相應(yīng)的發(fā)電元件稱為太陽能電池或光伏電池。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表、計(jì)算器、路燈(如圖)提供能源，較復(fù)雜的光伏發(fā)電系統(tǒng)把光能轉(zhuǎn)換成電能并實(shí)時(shí)輸送上電網(wǎng)。我國(guó)太陽能光伏發(fā)電潛力巨大，到2030年光伏裝機(jī)容量將達(dá)1億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)1300億千瓦時(shí)。太陽能既便捷又環(huán)保。陽光普照大地、無需開采運(yùn)輸，可直接利用，且清潔無污染。同時(shí)，太陽能既量大又長(zhǎng)久。每年照射到地球表面的太陽能相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬當(dāng)今世界最大能源?？茖W(xué)家認(rèn)為太陽壽命仍有約50億年，因此，太陽能可謂取之不盡、用之不竭。我國(guó)太陽能發(fā)電技術(shù)走在世界前列，已成為世界最大的太陽能發(fā)電國(guó)。4.核能核能是一種重要的新能源。我國(guó)核電工業(yè)歷經(jīng)艱辛，已具一定規(guī)模。其中秦山核電站(如圖)是中國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站，地處浙江省嘉興市海鹽縣。秦山核電站采用目前世界上技術(shù)成熟的壓水堆，核島內(nèi)采用燃料包殼、壓力殼和安全殼3道屏障，能承受極限事故引起的高壓、高溫和各種自然災(zāi)害等異常情況。秦山核電基地經(jīng)過多次擴(kuò)建，9臺(tái)機(jī)組的總裝機(jī)容量達(dá)到650多萬千瓦，年發(fā)電量約500億千瓦.時(shí)，成為國(guó)內(nèi)核電機(jī)組數(shù)量最多、堆型最豐富、裝機(jī)容量最大的核電基地。核能的能量釋放速度極快;并且核燃料的能量密度比傳統(tǒng)化石燃料高幾百萬倍，因此核電廠所需的燃料體積小，運(yùn)輸儲(chǔ)存都很方便。如果對(duì)核能有正確的認(rèn)識(shí)，安全生產(chǎn)，核能也會(huì)和其他新能源一樣為人類發(fā)展提供強(qiáng)有力的能量保障。核裂變1939年，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾核時(shí)鈾核分裂成幾個(gè)其他原子核，同時(shí)釋放出能量。較重的原子核分裂成幾個(gè)較輕的原子核的過程叫做核裂變(如圖)。一個(gè)鈾235核裂變可釋放約200MeV能量(eV是能量單位，稱為“電子伏特”，1eV=1.6×10-19J,1MeV=106eV)。若有足夠數(shù)量的鈾核裂變且能持續(xù)進(jìn)行，那么，所釋放的能量就能為人類所用。核聚變?nèi)舾蓚€(gè)較輕的原子核也可以結(jié)合成一個(gè)較重的原子核，同時(shí)釋放出巨大能量，這樣的過程稱為核聚變。太陽能就來源于太陽內(nèi)部氫的核聚變。氫彈也是依靠核聚變釋放出巨大的能量，是不可控核聚變?？煽睾司圩兪俏磥砣祟惸茉吹睦硐雭碓?，相比核裂變，核聚變的放射性污染等環(huán)境問題少很多。如氘和氚的核聚變反應(yīng)，其原料可直接取自地球上儲(chǔ)量