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20.2 开发新能源
第二十章 能源与能量守恒
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
太阳能——永恒的动力之源
核能——造福人类的“神火”
其他能源
知识点
太阳能——永恒的动力之源
知1－讲
1
1. 太阳能的传播 太阳是一个巨大的能源，它不断地以光和热为主要形式向四周辐射能量，其中到达地球表面的太阳辐射功率达1.7×1014 kW。
太阳是一个巨大的“核能火炉”。
知1－讲
2. 吸收或利用太阳能的四种主要途径
(1)被植物、微生物吸收：通过植物的光合作用把太阳能转化和储存起来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料的形式释放出来；
(2)使大气、水分升腾循环：通过大气和水分的升腾循环，再通过风、流水、波浪、海流等释放出来；
知1－讲
(3)被海洋吸收：被海洋吸收，成为海洋的内能；
(4)直接利用：被人们直接利用，如太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电等。
知1－讲
3. 直接利用太阳能的方式
直接利用太 阳能的方式 能量转化 举例
光热转换 太阳能转化为内能 太阳能热水器、太阳灶等
光电转换 太阳能转化为电能 太阳能电池
光化转换 太阳能转化为化学能 用太阳能制氢，驱动氢能源公交车
知1－讲
4. 太阳能的优缺点
优点 能量十分巨大，供应时间长，分布广阔，获取方便，安全、清洁、无污染，是人类未来开发利用的理想的可再生能源
缺点 分布分散，太阳能功率变化大、不稳定，不易连续使用，光电转换效率低，转换系统成本高
知1－讲
知识广角
太阳能电池：(1)原理：光电效应；
(2)能量转化：太阳能转化为电能；
(3)优点：太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用。
(4)应用：广泛应用在人造卫星、宇宙飞船和空间站中。
知1－练
例 1
“人工树叶”是一种模拟电化学的实验装置(如图1所示)，该装置模拟植物的光合作用，利用太阳能将水
和二氧化碳转化为氧气和燃料(C3H8O)。
知1－练
解题秘方：光化转换也是利用太阳能的一种方式，属间接
利用太阳能，例如化石能源(光能转化为化学能)、生物质能(光能转化为化学能)。
解析：在阳光的作用下，二氧化碳与水反应生成燃料(C3H8O)和氧气，此反应将太阳能和电能转化为化学能，减少了二氧化碳的排放。
知1－练
(1)“人工树叶”可将太阳能和电能转化为______能。
(2)“人工树叶”可将水和二氧化碳转化为氧气和燃料(C3H8O)，“人工树叶”可以减少__________(填“氧气”或“二氧化碳”)的排放。
化学
二氧化碳
知1－练
方法提示：采用从一般到特殊的思想方法，可用分析一般实例中能量转化的方法，来分析太阳能利用过程中的能量转化。即看转化前消耗了什么形式的能量，转化后得到了什么形式的能量，最后得出分析结论。
知1－练
1. 市面上出售一种装有太阳能电扇的凉帽。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是( )
A. 太阳能→电能→机械能
B. 太阳能→机械能→电能
C. 电能→太阳能→机械能
D. 机械能→太阳能→电能
A
知2－讲
知识点
核能——造福人类的“神火”
2
1. 定义 原子核内部蕴藏的巨大能量，叫做原子核能，简称核能。
2. 释放核能的方式 核裂变(链式反应)和核聚变(热核反应)。
知2－讲
3. 核裂变——链式反应
(1)定义：较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
知2－讲
(2)链式反应：科学家研究发现，如用中子作为“炮弹”去轰击铀核，不仅能使铀核分裂，同时还会放出2~3 个中子及一定量的核能，这2~3 个中子又使2~3 个
铀核分裂，放出更多的中子，
使更多的铀核裂变……这种
铀核裂变的引发过程，叫做
链式反应(图3)。
知2－讲
(3)应用：核爆炸——原子弹；可控核裂变——核反应堆。
(4)核电站：利用核能发电。
核电站虽然有很多优点，但要防止放射性物质的核泄漏，避免放射性物质对环境的污染，确保安全。
知2－讲
①原理：通过核反应堆控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能。
②组成：核反应堆、热交换器、汽轮机、发电机等。
③能量转化：核能——水和水蒸气的内能——发电机转子的机械能——电能。
知2－讲
思想方法
类比法：把铀的链式反应类比成火柴棒的燃烧。
知2－讲
知识拓展
核电站的优势：
一是核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能。
二是核电站不排放烟尘和二氧化碳、二氧化硫等有害气体，对环境的污染比火力发电站小得多。
三是从长远看，核能发电成本低于火力发电，核能发电特别适合缺少煤、石油和水力资源的地方。
知2－讲
4. 核聚变——热核反应
(1)定义：在超高温条件下，可将两种质量较轻的原子核，聚合成一个较重的原子核，这种反应叫做核聚变。
知2－讲
(2)热核反应：核聚变要求氘和氚具有很高的温度，在反应过程中要把反应物质加热到千万摄氏度以上才能发生大规模的核聚变。因此，聚变反应又称为热核反应。
知2－讲
(3)应用：目前，核聚变应用只限于核爆炸(氢弹)，人类正致力于探索控制核聚变(中国环流三号)的途径，使热核反应的能量缓慢地释放出来。
知2－讲
对比理解
核能利用的优点和缺点
优点 ① 核能十分巨大，它能极大地补充人类能源的不足，使用核能可以节约常规能源② 核能能够解决能源分布不平衡的问题
缺点 ① 核能属于一次能源，它不可再生② 核反应堆中会产生核废料，存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害③ 治理核废料过程中，代价较高
知2－讲
5. 核裂变和核聚变的比较
核裂变 核聚变
条件 用中子轰击较大原子核 超高温
释放核能 的大小 巨大 更加巨大
能否控制 可人为控制 目前不可控制
应用 原子弹、核电站 氢弹
联系 都是原子核发生变化时，释放出巨大的能量
知2－练
核电站、原子弹、氢弹都是原子核发生改变
的过程中释放出巨大的核能，关于它们释放核能的途径，下列说法正确的是( )
A. 它们都是利用原子核的裂变释放出巨大的核能
B. 它们都是利用原子核的聚变释放出巨大的核能
C. 核电站、原子弹是通过原子核的裂变释放出巨大的核能，氢弹是通过原子核的聚变释放出巨大的核能
D. 核电站、原子弹是通过原子核的聚变释放出巨大的核能，氢弹是通过原子核的裂变释放出巨大的核能
例 2
解题秘方：关键是理解什么是裂变和聚变。
知2－练
答案：C
解析：核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的；原子弹是利用核裂变在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的；而氢弹则是利用核聚变的原理制成的。
知2－练
2. 我国在核能利用方面取得了巨大成就，其中具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电站是通过_______(填“核裂变”或“核聚变”)发电的；我国可控核聚变研究装置“中国环流三号”取得重大科研进展。“中国环流三号”反应原理与太阳类似，通过_______(填“核裂变”或“核聚变”)释放巨大的能量。
核裂变
核聚变
知3－讲
知识点
其他能源
3
1. 水能 是一种可广泛利用的常规能源，也是稳定的可再生能源。世界上最大的水力发电站是三峡水电站，总装机容量达2 250 万千瓦，2020年创造了单座水电站发电量新的世界纪录。
知3－讲
2. 海洋能 海洋能指海洋中所蕴藏的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、潮流能、温差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一种亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
知3－讲
2. 风能 风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10 倍，分布广泛，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。
4. 氢能 氢能具有高效、干净、易贮存和可运输等特点。
知3－讲
知识拓展
潮汐发电：
将海水的动能通过发电机转化为电能。
涨潮时，海水从导流孔流入水库的
同时推动水轮机带动发电机发电；落潮
时，水库的水从导流孔流向大海的同时
推动水轮机带动发电机发电。
知3－练
例 3
下列哪组能源都属于新能源( )
A. 电能、水能、风能
B. 太阳能、氢能、核能
C. 液化气、沼气、酒精
D. 石油、天然气、煤
知3－练
解题秘方：分析时从“新”字入手，现阶段还没有大规模开发利用的能源。
答案：B
解析：新能源是指尚未大规模使用、正在积极研究开发的能源，如太阳能、核能、潮汐能、风能、氢能等。化石能源、水能等属于常规能源。
知3－练
3. 2024 年3月21日上午，我国首列氢能源列车成功进行了运行试验，标志着氢能在轨道交通领域的应用，取得了新突破。氢能属于( )
① 清洁能源；② 非清洁能源；③常规能源；④新能源。
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
B
开发新能源
新能源
太阳能
利用
核能
裂变
核电站
原子弹
聚变
氢弹
其他新能源

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