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(共52张PPT)
第二十章　能源与能量守恒
第2节　开发新能源
预习清单
1.太阳是个巨大的能源,它以＿＿和＿＿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＿＿＿＿＿kW。
光
热
1.7×1014
预习清单
2.太阳能到达地面后,主要通过四种途径被吸收或利用。第一种途径是通过＿＿＿＿＿＿＿＿把太阳能转化和储存起来,再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料燃烧的形式释放出来;第二种途径是通过＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿,再通过风、流水、海流等释放出来;第三种途径是＿＿＿＿＿＿＿,成为海洋的内能;第四种途径是＿＿＿＿＿＿＿＿,如太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电等。
植物的光合作用
大气和水分的升腾循环
被海洋
被人们直接利用
吸收
预习清单
3.原子核内部蕴藏的巨大能量,叫做＿＿＿＿＿,简称＿＿＿。
4.释放核能的方式有两种:一是使原子核发生＿＿＿＿;二是使原子核发生＿＿＿＿。
5.原子弹、核电站发电的能量来自＿＿＿＿。太阳能、氢弹能量来自＿＿＿＿。
原子核能
核能
核裂变
核裂变
核聚变
核聚变
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如图所示是一个常见的太阳能计算器,可以用它进行简单运算,计算器的屏幕能清晰显示计算结果。
打开计算器的电池仓,取出里面的电池,然后再次按下计算器的按键进行简单运算,可以发现计算器的屏幕仍能清晰显示计算结果。
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为什么取出电池后,计算器仍能工作呢
其实,秘密就在这块深色的小面板上!这个看起来不起眼的小板块,其实是太阳能电池板。
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用一小张黑纸完全挡住太阳能电池板,再次按键,屏幕上无数字显示。
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移开黑纸,再次按键,计算器又能正常工作。
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这个小小的太阳能电池板,能把阳光直接变成电能。像这样不依赖传统电池、从自然界获取的能量,就是我们今天要探索的“新能源”。除了太阳能,还有哪些神秘的新能源 它们又能为我们的生活带来哪些改变
任务一：太阳能——永恒的动力之源
1.太阳能的主要利用途径
问题1:太阳能到达地球表面的辐射功率是多少千瓦
太阳能到达地球表面的辐射功率达1.7×1014 kW。
1.7×1014 kW,这个功率到底多大
任务一：太阳能——永恒的动力之源
我们家中使用的电暖器的功率大概是1 kW,开1小时就能让房间变暖和。而太阳每秒送到地球表面的能量,相当于同时开着1.7×1014个这样的电暖器。这个数量是什么概念呢 如果把这些电暖器分给全世界的70亿人,每个人至少能分到2万4千多个! 再比如,我国目前全年的总用电量大约是7×　1012 kW·h,而太阳1小时送到地球的能量,就够全中国用24年多。这就是为什么太阳能被称为“取之不尽的能源宝库”。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
问题2:太阳能到达地面后,主要通过哪几种途径被吸收或利用
太阳能到达地面后主要通过四种途径被吸收或利用。
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、天然气等燃料燃烧的形式释放出来。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
第二种途径是通过大气和水分的升腾循环,再通过风、流水、海流等释放出来。
第三种途径是被海洋吸收,成为海洋的内能。
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。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
(a)被植物、微生物吸收 (b)使大气、水分升腾循环
(a)被海洋吸收 (d)直接利用
任务一：太阳能——永恒的动力之源
2.怎样直接利用太阳能
(1)进行“太阳能利用事例”的头脑风暴,进一步明确太阳能利用的分类。
生活中有哪些直接利用太阳能的方式 你能举例说明并说出利用过程中的能量转化吗
如太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能充电宝等。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
你能按“能量转化形式”分类将这些利用太阳能的方式进行分类吗
可分为光热转换(如太阳能烤箱)、光电转换(如太阳能玩具车)、光化学转换(如太阳能制氢)。
补充拓展事例:太阳能温室大棚(光热及光化学转换,促进植物光合作用)、太阳能海水淡化装置(光热转换,蒸发海水获淡水)……
任务一：太阳能——永恒的动力之源
(2)了解并利用太阳能电池。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
“迷你太阳能装置”的设计与制作。
①在教师提供的材料包(包括太阳能电池板、小电机、扇叶、易拉罐、黑纸、泡沫板、导线等)中选择材料,设计一个直接利用太阳能的简易装置,如“太阳能风扇”或“太阳能加热杯”。
②分小组讨论方案:画设计图,标注能量转化方式(如“太阳能→电能→机械能”),说明设计原理(如用黑纸包裹易拉罐增强吸热)。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
③分小组合作进行安装并调试。
④每组派代表介绍“装置功能”“能量转化路径”“设计亮点”等。
⑤每组代表介绍后,小组之间讨论并优化方案,使设计的产品更加高效。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
(3)盘点太阳能电池的优、缺点。
太阳能电池为我们的生活带来了许多便利,它一定没有缺点吗
优点:
①能源可持续性。太阳能是取之不尽的可再生能源,只要有阳光照射,太阳能电池就能工作,不受化石能源储量的限制。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
②环境友好性。在发电过程中,太阳能电池不会像化石燃料发电那样产生一氧化碳、二氧化硫等污染物,也不会排放温室气体,能有效减少对大气环境的污染,降低酸雨、全球变暖等环境问题的发生概率。此外,其运行过程中几乎没有噪声污染,对周边环境影响小。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
③应用灵活性。太阳能电池可大可小,小到计算器上的微型电池板,大到覆盖数平方公里的大型太阳能电站。它不需要复杂的输电线路,非常适合分散式供电,能为野外作业、边防哨所等特殊场景提供电力。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
缺点:
①能量输出不稳定性。太阳能电池的发电效率受光照强度、日照时间、天气状况等自然因素影响极大。白天光照充足时发电量多,夜晚或阴雨天发电量大幅减少甚至无法发电,这就需要搭配储能设备(如蓄电池)来平衡供电,但储能设备会增加成本和系统复杂度。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
②转换效率有限。目前的商用太阳能电池的转换效率通常在15%~25%之间,大部分太阳能被反射或转化为热能浪费掉了。虽然实验室中已有转换效率更高的电池,但受材料成本、制造工艺等限制,难以大规模商业化应用。
任务一：太阳能——永恒的动力之源
③成本与回收问题。太阳能电池的初始投资成本较高,主要包括电池板、逆变器、安装等费用。虽然随着技术发展成本有所下降,但对于一些经济欠发达地区来说仍是不小的负担。此外,太阳能电池板的使用寿命一般为20到30年,报废后若处理不当,其中的重金属等有害物质可能会污染土壤和水源。
任务二：核能——造福人类的“神火”
1.核裂变———链式反应
原子核内部蕴藏的巨大能量,叫做原子核能,简称核能。
问题1:怎样使巨大的核能释放出来造福于人类呢
问题2:什么是链式反应
问题3:链式反应不加以控制,制造出了什么 链式反应加以控制,制造出了什么 问题4:1kg的铀全部裂变释放的能量有多么巨大呢
任务二：核能——造福人类的“神火”
链式反应示意图
任务二：核能——造福人类的“神火”
1964年,我国成功试爆第一颗原子弹
任务二：核能——造福人类的“神火”
核电站的工作原理图
任务二：核能——造福人类的“神火”
核电站的工作原理:核电站的核心设备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链式反应的场所。1942年,人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。首先,核反应堆内的铀核发生可控核裂变,释放出巨大核能,使反应堆内的水被加热成高温高压蒸汽(核能转化为内能);接着,蒸汽进入汽轮机,推动汽轮机转动(内能转化为机械能);汽轮机带动发电机旋转,产生电能(机械能转化为电能);用过的蒸汽进入冷却系统,凝结成水后循环使用,整个过程通过控制棒调节核裂变速度,确保安全稳定运行。
秦山核电站 大亚湾核电站
岭澳核电站　　　　　　　　　　 田湾核电站
任务二：核能——造福人类的“神火”
中国的四大核电站
任务二：核能——造福人类的“神火”
①秦山核电站:位于浙江省海盐县,是中国大陆建成的首座核电站。
②大亚湾核电站:地处广东省深圳市大鹏新区大鹏半岛,是中国建成的第二座核电站。作为我国首座大型商用核电站,大亚湾核电站为珠三角地区提供了大量清洁电力,促进了当地经济发展。
任务二：核能——造福人类的“神火”
③岭澳核电站:同样位于广东省深圳市大鹏新区大鹏半岛,与大亚湾核电站相邻。岭澳核电站有效缓解了广东地区电力紧张局面,提升了我国核电国产化率。
④田湾核电站:坐落在江苏省连云港市连云区田湾,对优化华东地区能源结构、推动经济发展意义重大。
任务二：核能——造福人类的“神火”
“华龙一号”是我国自主研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术,有完全自主知识产权。“华龙一号”核电机组出口到巴基斯坦并投产后,填补了巴方近三分之一的电力缺口。目前,我国已与20多个国家和地区达成了核电技术的合作意向。
任务二：核能——造福人类的“神火”
核能就像一位能量充沛的“巨人”,为我们的生活带来了诸多便利。就像我们熟知的“华龙一号”核电机组,每年能满足数百万人口的用电需求。然而,这位“巨人”在贡献能量的同时,也会产生一个棘手的“副产品”——核废料。
任务二：核能——造福人类的“神火”
这些核废料可不简单,它们带着看不见的放射性“能量”,如果处理不当,就像一颗隐藏的“环境炸弹”。它们可能渗入土壤,污染我们赖以生存的土地;可能溶入水源,威胁水生态系统和我们的饮水安全;甚至还会对生物体造成长期的辐射危害,影响一代又一代的健康。正是因为核废料有如此大的危害,如何安全、妥善地处理它们,就成了全世界都在攻克的难题。
任务二：核能——造福人类的“神火”
现在,人们是如何处理核废料的呢
(1)分小组讨论并分享核废料的处理方案。
(2)每组派一名代表上台,展示本组设计的核废料处理方案,讲解方案的设计思路。其他小组认真聆听,提出疑问并进行交流讨论。
(3)选出优秀的方案,进行表扬和鼓励。
任务二：核能——造福人类的“神火”
2.核聚变——热核反应
问题1:什么是核聚变 它是如何发生的
问题2:太阳的能量来自哪里
问题3:核聚变有哪些应用
任务二：核能——造福人类的“神火”
核聚变
任务二：核能——造福人类的“神火”
1967年,我国成功试爆第一颗氢弹
任务二：核能——造福人类的“神火”
我国研究受控热核反应的装置——中国环流三号
任务二：核能——造福人类的“神火”
我国核能研究的历程:自20世纪50年代起,一群怀揣着报国热忱的科学家便踏上了探索之路。以钱三强、邓稼先、于敏等为代表的一批“两弹一星”元勋们,在艰苦卓绝的环境中,凭借着坚韧不拔的意志和卓越的智慧,为祖国的核能开发奠定了坚实的基石。他们隐姓埋名,潜心钻研,让我国在核能领域实现了从无到有的突破,为国家的安全与发展作出了不可磨灭的巨大贡献。
任务三：其他新能源的开发
1.自主阅读教材中的相关内容,了解水能、海洋能、风能、氢能等。
2.介绍了解到的水能、风能、海洋能、氢能的相关知识。
3.分小组讨论:你还了解了哪些新能源呢 它们在生活中有哪些应用呢
任务三：其他新能源的开发
4.各小组派代表分享其他新能源及其特点和应用。
(1)地热能:地热能是来自地球内部的热能,源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能的应用主要有地热发电,此外,地热能还可用于供暖,直接将地下热水引入建筑物的供暖系统,既节能又环保;在农业方面,可利用地热能进行温室种植、水产养殖等,为动植物生长创造有利条件。
任务三：其他新能源的开发
(2)生物质能:生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,来源于植物、动物和微生物等。可通过燃烧生物质(如秸秆、木屑等)产生蒸汽驱动汽轮机发电。生物质能还可转化为液体燃料,如生物柴油、乙醇等,用于汽车等交通工具的动力燃料,减少对传统化石燃料的依赖。在农村地区,生物质能还被用于做饭、取暖等生活用能。
核心总结
1.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1.7×1014 kW。
2.太阳到达地面后主要通过四种途径被吸收或利用。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、天然气等燃料燃烧的形式释放出来;第二种途径是通过大气和水分的升腾循环,再通过风、流水、海流等释放出来;第三种途径是被海洋吸收,成为海洋的内能;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。
核心总结
3.原子核内部蕴藏的巨大能量,叫做原子核能,简称核能。
4.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。
5.原子弹的能量来自不可控的核裂变。核电站发电的能量来自可控的核裂变。
核心总结
6.核电站发电过程:核反应堆(核能转化为蒸汽的内能)→汽轮机(蒸汽的内能转化为轮片的动能)→发电机(转子的动能转化为电能)→输电线输出电能。
7.在超高温条件下,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。
8.太阳能来自太阳内的核聚变。氢弹的能量来自不可控的核聚变。
课堂评价
A
课堂评价
2.中国“人造太阳”(EAST)取得重大突破,奠定了我国在该领域的世界领先地位。EAST利用氘、氚原子核,在超高温下结合成氦原子核,同时释放出巨大的核能。下列关于核能的利用说法中正确的是(　　)
A.“人造太阳”释放的核能是可再生能源
B.“人造太阳”利用核聚变获取能量
C.“人造太阳”与我国正在运行的核电站获得核能的方式相同
D.结合成氦原子核时,带正电的氘、氚原子核间具有很强的静电
引力
B
课堂评价
3.目前,我国越来越多的场馆均采用太阳能发电、风力发电等供电方式。其中,太阳能发电是将太阳能转化成＿＿能。
电
课堂评价
4.如图所示是我国具有完全自主知识产权的全球首座第四代核电站——高温气冷堆核电站发电的流程图,核电站中的核反应堆是通过可控＿＿＿＿(选填“核聚变”或“核裂变”)释放核能的设备,核反应堆的“水冷却系统”是通过＿＿＿＿(选填“做功”或“热传递”)的方式改变内能的。
核裂变
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