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第二十二章　能源与可持续发展 复习与提高
本章知识结构图
能源利用的现状和面临的挑战
能源与可持续发展
新能源的发展
利用能源历程：生物质能、化石能源、风能、水能、电能……
可再生能源、不可再生能源
一次能源、二次能源
能量转化与转移的方向性、不可逆性
能源利用是有条件的、能源是有限的
能源利用对环境的影响
核能
太阳能
原子核结构图
核能
裂变
链式反应
可控性：核发电站
不可控性：原子弹爆炸
聚变
热核反应
太阳核聚变
氢弹爆炸
直接利用：光电转换、光热转换
间接利用：化石能源
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
一、人类利用能源的历程
1. 能量
2. 能源
能够提供______的物质资源叫做能源。
生产和生活中利用的各种能量，是通过不同的能源提供的。各种能源的广泛利用，极大地促进了人类文明的发展。
（1）物质的运动和相互作用的方式多种多样，每种运动形式都对应相应的能量。
（2）常见的能量：如机械能、
内能、化学能、电能、核能等。
能量
3. 常见的能源
（1）化石能源
煤、石油、天然气，是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的。
（2）生物质能
自然界中有生命的物质提供的能量，食物分解和柴薪燃烧等都提供了生物质能。
（3）太阳能
由太阳辐射提供的能量，主要表现就是常说的太阳光线 。
（4）水能、风能
由自然界中的流水和流动的空气提供的能量。
（5）地热能
由地球内部提供的一种内能，来自地球内部的熔岩。
（6）电能
由其他形式的能转化而成供各种用电器使用的能源。
4. 人类利用能源的历程
（1）火的利用
钻木取火是从
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。现在，柴薪仍是某些地区的重要生活能源.
这是第一次能源革命的标志，使人支配了一种自然力
化学能
内能
（2）化石能源的利用
蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐步以
机械动力在大规模代替人力和畜力，导致了第二次能源革命，使人类进入工业化社会。化石能源是当今世界的主要能源。
这是第二次能源革命的标志，引发了世界性的工业革命
化学能
内能
机械能
（3）电能的利用
19世纪以来，电磁感应现象的发现，发明了发电机，使
煤、石油等化石能源转换成更加便于输送和利用的电能。电能最终通过用电器转化为光能、内能、机械能等其他形式的能，为人类所用。
电能的利用是人类进人现代文明社会的标志 。
机械能
电能
（4）核能的利用
20世纪40年代，科学家发明了可
以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新
能源利用的序幕。
这是第三次能源革命的标志，开始了开发利用核能的新纪元。
核能
电能
5. 能源的分类
（1）按照获取方式：
一次能源
可直接从自然界获得的能源。
如化石能源、风能、水能、太阳能、
地热能、核能、潮汐能等。
二次能源
无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源。
如电能、酒精、木炭、煤气、柴油、液化气、氢气、汽油等。
（2）按照是否可再生
不可再生能源
越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源。
如煤、石油、天然气等化石能源，核能等。
可再生能源
可以在自然界里源源不断地得到的能源。
（3）按照人类开发早晚
常规能源
人类已经利用多年的能源。
如煤、石油、天然气及水能等。
新能源
人类新近才开始利用的能源。
核能、太阳能、潮汐能、地热能、风能、生物质能等。
（4）按照对环境的影响
清洁能源
使用时对环境没有污染或污染较轻的能源。
如太阳能、电能、风能、水能、潮汐能、地热能等。
污染能源
使用时对环境污染较重的能源。
如煤、石油、柴薪等。
二、能源利用面临的挑战
1.能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。
如汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地
用来驱
动汽车。
在发生热传递时，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，或从同一物体的高温部分转移到低温部分，都不能相反。
如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。
2.能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的。
我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的。但是有些能量可以利用，有些则不能。
例如化石能源是当今世界的主要能源，大多数汽车、飞机、轮船等交通工具都离不开它。
由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显加快。
3. 能源危机
两个多世纪以来，人类能源消耗急剧增长，化石能源开发利用后不能再生，如果长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽。
如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×107J/kg的标准煤来计算，1950年为26亿吨，1987 年为110多亿吨，2007 年达到 160 亿 吨，2022 年达到 205 亿 吨。如果
长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。
4. 耗用各种能源时不可避免地对环境造成影响。
现代生活中化石能
源的广泛使用，燃
料的燃烧产生了大
量的二氧化碳，加
煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环
境造成危害。
开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。开发新能源是指人类新近才开始利用的能源。例如，核能、太阳能、潮汐能、地热能、风能、生物质能等都属于新能源。
面对能源危
机，我们应该怎样做？
剧了地球的温室效应。
第2节 新能源的发展
一、核能
1. 原子的组成及带电情况
2. 核能
（1）核能：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，这就是核能。
（2）释放核能的方式：
和 。
核裂变
核聚变
3. 裂变
（1）裂变
①裂变
用______轰击质量比较大的铀 235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。
用中子轰击铀原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的_______，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。
②裂变的能量巨大
1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t 煤完全燃烧时释放的能量。
（2） 链式反应
中子
中子
（3）裂变的应用
①核电站
核电站利用裂变产生的核能发电，核心设备是核反应堆。1942年，
人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
核电站发电时的能量转化：
内能
机械能
核能
电能
②原子弹
链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出
极大的能量。根据这一原理，人们
（4）核电站和核废料处理
①核泄漏的危害
核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害。科学家们制定了严格的安全措施和安全标准。
②核废料的处理
制造出毁灭
性武器——
原子弹。
4.聚变
（1）聚变
核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的_______地带。
沙漠
如果将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是_______，也称为热核反应。
聚变
（2）氢弹：氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。
（3）裂变与聚变的比较
质量较大的原子核分裂为较小原子核的过程
用一定速度的中子轰击较大原子核
可控制链式反应速度
巨大
核电站、原子弹
质量很小的原子核结合成
较大原子核的过程
超高温
更加巨大
目前不能人为控制
氢弹
二、太阳能
（一）、太阳——巨大的“核能火炉”
1. 太阳的结构
从内到外依次是太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气 。
2. 太阳能的来源——氢核聚变
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生______，释放出巨大的核能。
聚变
1. 地球上大多数能源来自于太阳能
由于化石能源、水能、风能、生物质能等都是来太阳能，所以说太阳是人类能源的宝库。人类利用这些能量，实际上都是间接地利用_______能。
太阳
（二）、太阳是人类能源的宝库
3. 太阳能的传递——热辐射
大部分太阳能以热和_____的形式向四周辐射开去。
光
2. 化石能源的形成
远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油和______。在石油形成过程中还放出天然气。
煤
3. 风能的形成
由于地球表面各个部位吸收太阳热量的不均匀性，空气的冷暖程度就不一样，于是，暖空气膨胀变轻后（密度变小）上升，冷空气冷却变重（密度变大）后下降，这样冷暖空气便产生流动，形成了风。
4. 水能的形成
阳光晒暖了地球表面的水，水吸热蒸发变为水蒸气上升到高空中，水
蒸气液化形成的小水滴或凝华成的小冰晶悬浮在高空中形成云；云中的小水滴或小冰晶相互聚集，最后下降成为雨，雨落到地面，汇入江、河、湖、海中而流动，成为具有动能的水。
（三）、太阳能的利用
1. 光电转换
指太阳能直接转化为______能。
电
（1）光电池（太阳能电池）
光电池也叫太阳能电池，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件，直接把太阳光转变成电。
（2）太阳能电池的一些应用
太阳能电池在生活、生产、航空航天、交通、通信等领
域中有着重要的应用。
（3）光伏发电
光伏发电
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，将光能直接转变为电能的一种技术。
2. 光热转换
（1）集热器
集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能直接转化为____能。
这种发电站先将太阳能
转变成内能，然后再通
过机械能装置转变成
能。
（2）太阳能热电站
内
电
3. 光化转换
光化转换是指把太阳能转化为______能，储存在生物质内。比如绿色植物的生长就是靠太阳能转化的化学能，所以通过光合作用的植物把太阳能转
化学
化为化学能。
4. 太阳能的优缺点
（2）缺点
（1）优点
①太阳能取之不尽、用之不竭，是人类可以利用的永久性能源。
②太阳能分布广阔，不需要挖掘、开采和运输。
③太阳能是一种清洁能源，使用时没有污染。
②太阳能的利用受气候、昼夜的影响很大。因此必须有贮存装置，这不仅增加了技术上的困难，也使造价增加。
①太阳能到达地球上非常分散，接收装置的面积大，造价高。
③太阳能电池的成本高，而且每个太阳能电池产生的电压较低。
5. 风能、海洋能
风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来发电。
风能发电是利用风力驱动风力发电机叶片旋转，通过机械传动系统带动发
电机将机械能转化为电能的过程。其核心原理是将风的动能转化为叶片的机械能，再转化为电能。
潮汐能发电就像给地球的“呼吸”装上发电机，利用海水涨落的动能来发电，是一种清洁又可再生的能源。它和普通水力发电类似，但用的是海水潮
汐，水轮机得适应低水头、大流量的特点。
核心是利用潮汐涨落的水位差驱动水轮机发电。常见方式有：单库单向式 ：只在落潮时发电，技术简单但发电时间短。单库双向式 ：涨潮和落潮都能发电，效率更高。双库式 ：能持续发电，但成本较高。
第3节跨学科实践：为节约能源设计方案
项目提出：
项目分析：
项目实施：
展示交流：
在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题？
首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进。
1. 调查家中能源的使用情况
2. 选取优化对象与确定改进方法
3. 制订与检验设计方案
下 课
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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