能源：危机与希望

倍速课时学练能量转化与守恒定律1、能量的形式：自然界中的物质存在着不同的运动形式，不同的运动形式对应着不同的能量。运动的物体具有动能；被举高的物体具有重力势能；发生弹性形变的物体具有弹性势能；由大量粒子构成的系统具有内能。2、能量的转化仔细观察下面的图片，说明它们具有那种形式的能？涉及哪些形式能量之间的转化？1.植物进行光合作用——太阳能转化为化学能2.汽艇在海上行驶——化学能转化为机械能3.用电照明——电能转化为光能（电磁能）4.篝火燃烧——化学能转化为内能和光能我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的。大量事实表明：不同形式的能量之间可以相互转化。能量转化与守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。3、能量守恒定律【问题1】人们为了满足生产对动力日益增多的需要，幻想制造一种机器，它不需要任何动力和燃料，却能不断地对外做功，这种机器称为“第一类永动机”。你认为这样的永动机可以制造成功吗？【问题2】在自然界，有许多现象的自然发生、发展都有方向性。例如“水往低处流”。你认为能量的转化和转移是否也具有方向性呢？【说明】1.能量守恒定律是最基本、最普遍、最重要的自然规律之一。任何形式的能量之间都可以转化，但转化过程并不减少它们的总量。2.自发的能量转化过程是有一定方向性的，即自然进行的能量转化过程是不可逆的。同学们知道生活中有哪些可以称为能源呢?什么是能源呢？总结：凡是能提供能量的物质资源都可以叫作能源。能量与能源·能源发展历史（1）火的利用机械能—内能（2）化石能源的利用化学能—内能。（3）电能的利用电能---其它形式能（4）核能的发现人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。二次能源一次能源在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。根据能否造成污染分根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源。利用技术上成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。一次能源可再生能源不可再生能源物理学家用中子轰击铀，使铀这种原子核分裂成两个中等质量的原子核，这种原子核反应叫作核裂变。举例：中子轰击铀235产生核能链式反应：如果产生的中子继续轰击其他铀核，就会导致一系列铀核持续裂变。原子弹―根据核裂变的原理制成。属于不可控制的链式反应的结果！物质与能量1、核裂变：阿尔伯特·爱因斯坦ALBERTEINSTEIN(1879-1955)E=mc2原理图示6链式反应现状美国：1945年首次核试验成功。核试验次数超过1030次。拥有约1.2万枚核弹头。导弹射程达13035公里。苏联（俄罗斯）：1949年首次核试验成功。核试验次数超过715次。拥有约2.8万枚核弹头，其中约1.8万枚将被拆除。导弹射程达10943公里。英国：1952年首次核试验成功。共进行45次核试验。拥有约400枚核弹头。导弹射程达5310公里。法国：1960年首次核试验成功。拥有约510枚核弹头。导弹射程达5310公里。中国：1964年首次核试验成功。中国一贯主张全面禁止和彻底销毁核武器，坚定奉行自卫防御的核战略，始终恪守在任何时候和任何情况下不首先使用核武器政策，明确承诺无条件不对无核武器国家和无核武器区使用或威胁使用核武器。中国不参加任何形式的核军备竞赛，将继续把自身核力量维持在国家安全需要的最低水平，将继续为推进国际核裁军进程作出努力。中国愿继续为维护国际核不扩散体系发挥建设性作用。录像：我国第一颗原子弹、氢弹爆炸的实况。思考：原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？物质与能量核电站—利用原子核裂变时产生的大量热量，使水变成蒸汽，推动汽轮机运转，再带动发电机发电。大亚湾核电站秦山核电站思考：根据图二，思考在核电站工作过程中，能是如何转化的？核能→内能→机械能→电能核电站的特点是：(1)消耗的燃料最少。与同功率的火电厂相比较，一座100万千瓦的火力发电厂每年约耗用300万吨煤，一座100万千瓦的核电站仅耗用30吨浓缩铀，而且可以再生使用。(2)发电成本低。根据国外的报道，核电站的建厂投资比燃煤电厂高20％—50％，但是经济效益明显，发电成本低于火电厂。(3)运行可靠，利于环境保护。核电站不排放二氧化硫、二氧化碳及二氧化氮等有害的污染物，不产生煤灰。核燃料的安全屏障以及严格的监督和控制，保证不会发生核泄漏。核能利与弊优点1．核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。2．核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3．核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4．核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。5．核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。缺点1．核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。2．核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。3．核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。4．核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。5．兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。6．核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。7．现阶段的核能发电，仍然会产生很多放射性废物，其中尤以高放废物的处理及处置为国际性难题。切尔诺贝利核电站事故切尔诺贝利巨鼠三哩岛核电站事故福岛核电站事故核聚变核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。核聚变类型核聚变的类型D（氘）和T（氚）聚变会产生大量的中子，而且携带有大量的能量（14.1），中子对于人体和生物都非常危险。聚变反应中子的真正麻烦之处在于中子可以跟反应装置的墙壁发生核反应。用一段时间之后就必须更换，很费钱。而且换下来的墙壁可能有放射性（取决于墙壁材料的选择），成了核废料。还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料无比便宜，缺点是有中子。“第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。“第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。这个反应堪称终极聚变。1.太阳能储热(太阳能热能)2.太阳能直接发电：太阳能电池(太阳能电能)太阳能热水器太阳灶科学与人类1.太阳能太阳能热水器太阳能草坪灯太阳灶科学与人类2.风能风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的天然(再生)能源，全世界的风能蕴含量达一百兆兆瓦(1014MW)，其中可用来发电的达一千万兆瓦(107MW)，在燃料日益短缺的今天，风能自然不容忽视。科学与人类3.地热能地热能是来自地球深处的可再生能源。它来源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。科学与人类4.波浪能中国江厦潮汐发电站科学与人类5.氢能氢能的主要优点有：燃烧热值高，燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。氢能资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，是自然物质循环利用、持续发展的典范。科学与人类[反馈检测]1.下列能源中不属于新能源的是()A.水能B.核能C.潮汐能D.太阳能2.下列能源中与太阳能无关的是（）A.水能和风能B.煤和石油C.潮汐能D.干木柴3.氢弹是利用核的制成的；原子弹是选用核的制成的，氢弹是一种比原子弹威力更为巨大的核武器4.节约能源的重要意义是（）A.可提高经济效益，降低成本B.能缓解能源紧张局面C.可提高能源利用率D.可减少对化石燃料的开采AA轻聚变重C裂变5、在各种形式的能量转化的过程中，下列说法中正确的是（）A.机械能一定守恒B.各种形式的能量都守恒C.各种形式的能的总量一定守恒D.只有机械能转化为内能C6、冰块沿地面滑动，往往会逐渐融化，在这一过程中是能转化为能,但能量的总量_______。机械内不变①摩擦生热（→）②气体膨胀做功（→）③电灯发光（→）④电饭锅做饭（→）⑤煤炭燃烧（→）⑥用洗衣机甩干衣服（→）⑦手摇发电机发电（→）7、分析下列各现象中能量的转化机械能内能内能机械能电能光能电能内能内能化学能电能机械能机械能电能8.一个多世纪以来，人类能源消耗急剧增长，能源是否取之不尽，用之不竭吗？请你设想一下再过500年，人类能源的利用情景，写出两个场景。