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第2节 跨学科：能源的开发与利用
第二十一章 能源、材料与社会
人类离不开能源，城市照明、汽车行驶、食物烹饪、电器工作都需要能源来提供能量，但能源并非都取之不尽、用之不竭。人类在能源开发与利用的过程中，应关注哪些问题？
下面我们学习与此有关的内容.
1.知道什么是不可再生能源和可再生能源。
2.知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
3.能从能源开发与利用的视角体会可持续发展的重要性。
1. 能源：凡是能够提供能量的物质资源都可以称为能源。
火山
太阳
海洋
天然气
煤
石油
自然界中的部分能源
知识点一、人类对能源的利用
2.能源的分类
（1）可再生能源
水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
（2）不可再生能源
石油和煤炭是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，与古生物化石有些相似，所以叫作化石能源。
化石能源一旦消耗就很难再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
3. 人类利用能源的历程
（1）我国古代对能源的利用
钻木取火是人类利用能源的历史上的第一次能源革命。火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以柴薪作为主要能源的时代。
钻木取火
如图是我国古代对水能的利用，这是卧轮式水排，是中国古代将水能转化为机械能用于冶铁鼓风的核心装置。
人类对木材、水力、风力、畜力等自然能源的利用促进了人类文明的发展。
我国古代对水能的利用
（2）化石能源时代
大约在 200 多年前，由于对煤的大量开采，人类利用能源的历史进入了一个崭新的时期。
如图，18 世纪，用煤作燃料的蒸汽机的发明，带来了人类历史上的第一次工业革命，由此人类进入大工业生产的时代。
蒸汽机车
（3）电气时代
19 世纪，通过对电和磁的研究，人类找到了开发和利用能源的新途径，从此进入了电气时代。
灯火辉煌的城市夜景
4. 能源的利用与环境污染
能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。
（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升、两极的冰雪融化、海平面上升、淹没沿海地区等不良影响。
（2）酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，腐蚀建筑物，酸化土壤。
（3）火力发电厂发电时所产生的“余热”会引起热污染。泄漏的石油污染海洋；工业和交通工具的废气笼罩在城市的上空也污染空气。
清理漂浮的石油
废气笼罩的城市
视频：人类对能源的开发与利用
1.核能的开发和利用的两种方式
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。
核裂变
核聚变
知识点二、开发核能与重视核安全
（1）核裂变
①定义：是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
中子
铀核
铀原子核在中子的轰击下产生裂变的过程，每一个铀原子核的裂变会产生大量能量。
②链式反应
中子
铀核235
用中子轰击铀 235 原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变, 并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。
1964 年我国第一颗原子弹爆炸原子弹就是利用核裂变的链式反应不加控制制成的。
（2）核聚变
较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应，是产生核能的另一种方式。
如图是氘核和氚核结合成为氦核的聚变过程，这种核反应会释放巨大的能量。
氘核
氚核
氦核
中子
利用核聚变也能制造核武器。氢弹就是利用核聚变原理制造的一种威力比原子弹还要大得多的核武器。
2.核能发电以及优越点
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。
（1）核裂变发电
现在核裂变发电技术已经成熟，秦山核电站是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。
大亚湾核电站，位于中国广东省深圳市龙岗区大鹏半岛，是中国大陆建成的第二座核电站，也是大陆首座使用国外技术和资金建设的核电站。
广东大亚湾核电站
视频：可控核聚变的研究进展
由于煤、石油、天然气等不可再生能源日渐枯竭， 而能源的需求量不断增加，现在人们不仅努力开发核能，而且不断探索对太阳能、风能、地热能、潮，汐能等新能源的开发。
因此，寻找新能源成为人类可持续发展的重大课题。
知识点三、开发新能源
1. （1）光转化为电：太阳能电池
太阳能是一种既相对清洁，又取之不尽的能源。目前，人们主要采用光转化为电、光转化为热的方式来开发、利用太阳能。
硅太阳能电池
（2）采用光转化为热的方式可发电
一种家庭常用的太阳能热水器
采用光转化为热的方式可发电，也可供家庭用来取暖、加热生活用水。
工作的原理：太阳光的照射使加热管内水的温度上升， 由于热水的密度比冷水的小，管内热水不断上升并储存在储水箱上部； 同时，储水箱内温度较低的水下降到加热管， 通过水的不断对流，最终使得储水箱内水的温度升高。
2.风能
（1）风具有很大的能量
这种能量可能会带来极大破坏, 也可利用风能为人类服务。
例如：利用风能行船
风能行船
新疆达坂城的风力发电场
风能还可以用来发电，把风的动能转化为电能就是风力发电，风能是一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
3.地热能
地热能发电场
地球内部蕴藏着大量的热，在有地热资源的 地方可开发和利用地热来发电。
4. 潮汐能
月球、太阳对地球的引力作用产生了潮汐。涨潮与落潮蕴藏着巨大的能量，这种能量可用来发电。
图是一种利用潮汐能发电的示意图。
涨潮时，如图（a）所示，海水汹涌而来，潮水从导流孔流入水库的同时推动水轮机转动，水轮机带动发电机发电。随着潮水的不断涌入，水库水位逐渐上涨，储存着能量。
落潮时，如图（b）所示，海水奔腾而去，水位陆续下降，水库的水流从导流孔流向大海，推动水轮机再次转动，水轮机又一次带动发电机发电。
5.氢能源
更多的新能源在不断开发中。氢能源是人们关注的一种新能源, 氢燃烧的产物是水，没有任何污染，是目前公认的最清洁能源。氢燃料在航空航天、汽车中已有广泛应用。
跨学科：能源的开发与利用
能源分类
人类利用能源的历程
人类对能源的利用
能源的利用与环境污染
开发核能与重视核安全
核裂变
核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核
核能发电：核裂变发电
利用核能发电的优缺点
开发核能与重视核安全
开发新能源
太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能源
1.科普小组的同学调查了我省不同类型的发电站，其中利用不可再生能源发电的是（　　）
A．小浪底水电站 B．孟津风力电站
C．郑州燃气电站 D．博爱光伏电站
C
2.如图，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能转化为电能，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。下列说法正确的是（　　）
C
A．太阳能是一种不可再生能源
B．蓄电池为汽车提供动力时，将电能转化为化学能
C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能
D．太阳能汽车将太阳能转化为内能，再将内能转化为动能
3.原子核分裂或聚合，可以释放出巨大的能量，这种能量叫作________。用中子轰击比较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这是原子核的_____。两个质量很小的原子核，在一定条件下结合成一个新的原子核，会释放出更大的核能，这就是原子核的_______，氢弹就是利用这种变化制成的。
核能
聚变
裂变

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