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第二十章 能源与能量守恒
20.2 开发新能源
能源是现代社会发展的基础，人类对能源的需求量逐年增长，目前国际上的能源结构主要以化石能源为主，占总能源利用量的90%以上。化石能源都属于不可再生能源！
化石能源还能利用的时间
石油 约40年
天然气 约60年
煤 约150年
此外，化石能源的消耗也会对环境造成影响，世界各国也都意识到了以上问题，并正在努力开发各种新能源。
观察与思考
1.知道太阳能的特点及利用的途径。
2.知道核能、知道获取核能的方法以及开发利用的途径。
3.了解海洋能、风能、氢能等其他的新能源。
学习目标
如图，太阳是个巨大的能源，它以光和热的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1.7×1014kW。你知道到达地面的太阳能辐射功率是我国的发电装机总容量的多少倍吗？
地球每天所接收到的太阳能足够整个世界用上许多年，且直接利用太阳能不会污染环境，因此它是最具开发价值的能源。
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳能
约为1.5×105倍
太阳能到达地面后，主要通过四种途径被吸收或利用。
太阳能→化学能(生物质能)
第一种途径是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。
一、太阳能——永恒的动力之源
(a)被植物、微生物吸收
太阳能到达地面后，主要通过四种途径被吸收或利用。
第二种途径是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。
太阳能→机械能
一、太阳能——永恒的动力之源
(b)使大气、水升腾循环
太阳能→内能
第三种途径是被海洋吸收，成为海洋的内能。
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳能到达地面后，主要通过四种途径被吸收或利用。
(c)被海洋吸收
第四种途径是被人们直接利用，如太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电等。
太阳能→其他形式的能
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳能到达地面后，主要通过四种途径被吸收或利用。
(d)直接利用
怎样直接利用太阳能
你还知道哪些直接利用太阳能的方式？跟同学们交流一下。
一、太阳能——永恒的动力之源
活动：
直接利用太阳能的方式
太阳能的特点：
优点：
①储量巨大；
②供应时间长久；
③分布广泛，获取方便；
④安全、清洁、无污染。
缺点：
①受季节、天气和地理环境影响较大；
②太分散，无法集中开发；
③能量转换效率低。
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳能电池
一、太阳能——永恒的动力之源
目前，人类根据光电转换原理，已经成功地研制了多种太阳能电池。太阳光照到半导体材料硅制成的太阳能电池上，便可转换成电能。这种太阳能电池已广泛应用在人造卫星、宇宙飞船和空间站中（如图）。我国许多地方建有太阳能发电站，
太阳能热水器也已经走进许多家庭。现
在，人们正在研究将太空收集到的太阳
能，通过微波技术传回地球供人类使用。
总之，随着科学技术的发展，人类利用
太阳能的途径愈来愈宽，形式也愈来愈多。
中国空间站上的太阳能电池板
怎样使巨大的核能释放出来造福于人类呢
原子核内部蕴藏的巨大能量叫做原子核能，简称核能。
二、核能——造福人类的“神火”
释放核能的方式有两种：一是使原子核发生核裂变，二是使原子核发生核聚变。
二、核能——造福人类的“神火”
核裂变也叫链式反应，其反应示意图如图。
链式反应示意图
核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。科学家研究发现，如中子作为“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。链式反应的发现，使人类实际利用
核能成为可能。但是，这种反应若不加以控制，
在极短时间内将释放出巨大能量，原子弹爆炸就
是这种情况，如图。
二、核能——造福人类的“神火”
我国试爆第一颗原子弹
要安全利用核能，就必须控制产生中子的数量和速度，核反应堆中就有这样的装置。如图是核电站的外景和工作流程示意图。
计算表明，1 kg铀全部裂变释放的能量，相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量。地球上的其他能源都无法与核能相比。
二、核能——造福人类的“神火”
我国秦山核电站
核电站工作流程示意图
二、核能——造福人类的“神火”
此外，核废料的处理也是一个难题，目前常用的方法是将核废料装入可屏蔽辐射的金属罐中，最后将这些金属罐放入位于地下500~1000m的处置库内。我国核废料的处理技术领先于世界，已取得诸多新进展和突破。
核发电是人类利用核能的主要方式，世界上自1954年第一座核电站建成以来，至今已有很多国家和地区在建核电厂并运行。我国自行设计建造的第一座核电站是秦山核电站，目前，我国在安全利用核能和建造核电站的方面位居世界前列。
截至目前，我国商运核电机组59台，在建核电机组53台，在建总装机容量6293万千瓦，在建规模继续保持世界领先，在运行在建核电机组总容量位居全球第一。我国自主研制的第三代“华龙一号”核电机组，已出口到国外。
二、核能——造福人类的“神火”
科学家研究发现，在超高温条件下，可将两种质量较轻的原子核(如氘和氚)，聚合成一个较重的原子核，这种反应叫做核聚变。核聚变能够释放出比核裂变更加巨大的能量。太阳能就是来自太阳内的核聚变。
氕氘氚都是氢核
太阳内部不停地进行着核聚变
核聚变也叫热核反应，是释放核能的另一种方式。
二、核能——造福人类的“神火”
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，其示意图如图。
二、核能——造福人类的“神火”
核聚变示意图
目前，核聚变应用只限于核爆炸，如图是我国试爆第一颗氢弹。
1967年，我国成功试爆第一颗氢弹
二、核能——造福人类的“神火”
视频 氢弹的原理
人类正在致力于探索控制核聚变的途径，使热核反应中的能量缓慢地释放出来。一旦受控热核反应得到实现，人类的能源结构将发生重大变化。目前，我国的研究成果已位于世界前列。
海水中蕴藏着丰富的、可实现聚变的氘
我国研究受控热核反应的装置——中国环流三号
二、核能——造福人类的“神火”
新能源的开发已取得可喜的进展，但在总能源消耗中占比仍然较低。加快水能和海洋能、风能、氢能、地热能等新能源的开发和利用是人类一项十分重要而又紧迫的工作。
二、核能——造福人类的“神火”
开发新能源
太阳能的特点和被吸收或利用的主要途径
核能
核能的产生
释放方式
其他形式的新能量
核聚变
核裂变
链式反应
应用：原子弹、核电站
氢弹
课堂小结
1.下列关于太阳能的说法中，错误的是(　　)
A.太阳能十分巨大，供应时间长久
B.太阳能安全、清洁，不会造成环境污染
C.太阳能分布广阔，处处可以利用
D.太阳能到达地面的功率稳定，不会受气候和季节的影响
D
课堂练习
2.关于核能，下列说法中正确的是（ ）
A.核能很小，无法利用
B.核能巨大，但现在无法利用
C.核动力航母利用的是核能
D.核能是可再生能源
C
课堂练习
3.关于裂变反应，下列说法中错误的是（ ）
A.所有原子核都能发生裂变反应释放能量
B.裂变反应是原子核吸收中子后发生的
C.原子弹是利用链式反应释放的能量
D.核电站是利用可控链式反应释放的能量
A
课堂练习
4.（双选）以下属于核聚变反应的是（ ）
A.氢弹爆炸
B.原子弹爆炸
C.太阳内部发生的核反应
D.连续发生的剧烈化学反应
AC
课堂练习

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