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跨学科：能源的开发与利用
沪科版·九年级物理全一册
新课导入
在前面的学习中，我们已经认识了各种形式的能量。生产和生活中利用的这些能量，是通过哪些能源提供的？
木材
煤
天然气
石油
电
凡是能够提供能量的物质资源都可以叫做能源。
探究新知
知识点1 人类对能源的利用
不可再生能源
可再生能源
煤、石油、天然气和铀矿等，一旦消耗就很难再生的能源。
太阳能、风能、水能及生物质能等，可长期提供或可再生的能源。
1. 自然界中的能源
人类利用能源的历程
木材
约一万多年前，燧人氏发明
钻木起火
煤
煤的广泛使用始于第一次工业革命，
蒸汽机
石油
大规模使用石油始于第二次工业革命，内燃机
电能
电的大规模使用始于19世纪对电和磁的研究
从自然火到人工火的转变
以机械动力大规模代替人力和畜力
2. 能源开发带来的环境污染
能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。
清理漂浮的石油
废气笼罩的城市
你能根据图中内容总结化石燃料燃烧对环境的危害吗？
化石燃料燃烧
CO2
SO2
CO
炉渣固体
余热
温室效应加剧，导致全球变暖
污染空气
NO、NO2
形成酸雨
溶于雨水
污染土壤、水源
污染水源，导致生物死亡
酸雨可以毁坏建筑
如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球？
1.提高燃料质量
2.改进使用技术
如大力开展煤改电工程项目，把以煤炭为燃料的传统锅炉更换成电锅炉；使用清洁能源等。
改进汽车发动机的燃烧方式，使用催化净化装置，加大尾气检测力度；推广使用电动汽车等。
3.开发和利用核能成为人类获取能量的一个新途径
知识点2 开发核能与重视核安全
质子
中子
核外电子
原子核
分子是由原子构成的，原子的中心是原子核，原子核周围有一定数目的电子在运动。
带正电
不带电
带负电
原子核非常牢固
很难分裂或结合
但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。
核能的开发和利用一般有两种方式：一种是利用核裂变释放能量；另一种是利用核聚变释放能量。
1. 核裂变：
较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
每一个铀原子核的裂变会产生大量能量。
原子弹就是根据这个原理制成的。
1 kg 铀全部裂变，释放的能量相当于 2800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量。
2. 核聚变：
较轻的原子核结合为较重的原子核的一种核反应。
氘核和氚核结合成为氦核的聚变过程会释放巨大的能量。
氢弹就是根据这个原理制成的，其威力比原子弹还要大得多。
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。
3. 核能发电
核能发电可缓解能源危机，是人们和平利用核能的一个重要方面。
与火力发电相比：核能发电可有效减少二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放。
目前，世界上已经利用核裂变原理建成了许多核能发电站。
广东大亚湾核电站
核电站利用可控的核裂变发电，它的核心设备是核反应堆。
核能
内能
机械能
电能
核反应堆内的铀核发生裂变时产生的射线如果泄漏，会对人和其他生物造成巨大的伤害。
4. 核安全
核能的利用也存在一些安全风险，核燃料使用后会产生一些放射性的核废料，为了防止放射性物质泄漏，核能利用装置都采用了严格的防护措施。对核废料的运输、储存，需要专门的运输工具和场地。
核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中
海水中蕴藏着丰富的氘核
人类还在不断探索可控核聚变，期待不久的将来能通过可控核聚变开发核能，由此为人类提供清洁、安全而原料几乎取之不尽的能源。
知识点3 开发新能源
1. 太阳能
光热转化
用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质
太阳能
内能
太阳能热水器
太阳能电池把太阳能转化成电能。
光电转化
太阳能
电能
太阳能电池阵列
太阳能技术的优缺点
能源易获取
不排放 CO2
能源量大
可持续性强
能源分散
受自然条件限制
我国西北地区如新疆、青海、甘肃、宁夏等地，太阳能资源最为丰富，年日照时数长，辐射强度高。
我国风能储量很大，分布面广，近年来风力发电发展迅速，已成为全球风力发电的领军者之一。目前风电累计装机容量超过 3.5 亿千瓦，稳居全球第一。
2. 风能
3. 地热能
我国地热发电起步较早，但规模较小，主要集中在西藏、云南等地。
西藏羊八井地热电站是我国第一座地热发电站，年发电量约占拉萨电网的40%。
4. 潮汐能
潮汐发电成本低、污染少，是一种很有发展潜力的新能源。
5. 氢能源
氢气完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍或同质量汽油的三倍。
高能
燃烧的产物是水，不会污染空气，也不会向大气排放二氧化碳。
无毒
氢能源的优点
氢能源在航空航天、汽车中已有广泛应用。
电解水或以化石能源为原料制取制取氢气，成本较高。
氢气属于易燃气体,其爆炸极限的范围比较宽，所以混入少量的空气都有可能引起爆炸。
成本高
贮存困难
氢能源的缺点
随堂练习
1. 我国蕴藏丰富的能源可用于发电，下列发电方式中利用不可再生能源的是（ ）
A. 风电场 B. 太阳能发电站 C. 水电站 D. 火电厂
D
2. 当前的核能发电，是利用核反应堆中的核_____变来发电的。氢弹爆炸则是通过核_____变在瞬间释放能量的，这是属于________（选填“可控”或“不可控”）核反应。
裂
聚
不可控
3. 垃圾也可用来发电。人们将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气。这些沼气燃烧产生高温蒸汽，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电。
(1) 根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整：
内能
机械能
电能
(2) 垃圾填埋后产生的沼气是一种________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
可再生
课堂小结


太阳能
风能
地热能
潮汐能
核能
生物质能
新能源
化石能源：煤、石油、天然气

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