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(共53张PPT)
第十八章　能源与
可持续发展
第二节　核能　太阳能
预习清单
　　1.原子是由＿＿＿＿和＿＿＿＿＿构成的。原子核非常小,它的直径约为原子直径的＿＿＿＿＿＿。原子核又是由＿＿＿和＿＿＿构成的,中子＿＿＿＿,质子
＿＿＿＿。
中子
十万分之一
质子
不带电
原子核
核外电子
带正电
预习清单
　　2.原子核内的各个粒子间存在的是一种很强的相互作用——＿＿＿。质子和中子正是依靠强大的＿＿＿紧紧地结合在一起的。某些＿＿＿＿＿＿＿发生变化时会释放出巨大的能量,这种能量称为＿＿＿。
核能
原子核的结构
核力
核力
预习清单
　　3.科学家发现,铀原子核在＿＿＿的轰击下会分裂成两个质量大致相等的原子核。我们把种质量较大的原子核分裂为两个或两个以上中等质量原子核的过程叫作
＿＿＿。科学家还发现,在＿＿＿＿和＿＿＿＿的条件下,两个质量较轻的原子核,如氘核和氚核,会发生聚合,生成质量较大的氦核,同时释放出巨大的能量,这样的核反应过程称为＿＿＿。
超高温
超高压
中子
裂变
聚变
预习清单
　　4.核能是一种＿＿＿能源,利用核能进行发电,具有
＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、不受＿＿＿和＿＿＿影响、发电稳定可靠且成本相对较低等优点。
　　5.在核反应堆中,通过＿＿＿将＿＿＿转化为＿＿＿＿＿,高温高压的水蒸气推动＿＿＿＿转动,进而带动＿＿＿＿产生电能,最后通过＿＿＿将电能送到千家万户。
占地规模小
能量密度高
单机容量大
季节
低碳
清洁高效
气候
发电机
水的内能
汽轮机
电网
裂变
核能
预习清单
　　6.太阳的能量来自它内部的＿＿＿。人类所使用的能源绝大部分直接或间接来自＿＿＿。太阳是地球的“能源之母”。从广义的角度看,太阳能不仅包括＿＿＿＿＿到地球表面的太阳能,而且还包括由它转化形成的＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿＿＿等。现在广泛开采并使用的＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿等化石能源也来自太阳。可以说,除＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿以外,地球上绝大部分能源也都来自太阳。由于太阳能＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、
＿＿＿＿＿＿＿＿＿,所以太阳能是人类未来的理想能源之一。
风能
直接辐射
水能
生物质能
聚变
太阳
石油
天然气
煤
核能
地热能
潮汐能
分布广阔
获取方便
不会造成环境污染
预习清单
　　7.扩大＿＿＿＿的应用已成为推动我国能源绿色低碳转型的重要举措之一。目前太阳能的利用一般有
＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿两种方式。
光热转化
光电转化
太阳能
课程导入
　　面对传统能源枯竭和环境污染严重的现状,开发新能源的重要性尤其凸显。
　　你都知道哪些新能源
它们的产生原理是什么
　　今天我们将一起来探
索新能源的发展,包括核能、
太阳能等。
任务一：核能
　　1.原子结构的奥秘
　　一切物质都是由分子(或原子)构成的,分子又由原子构成,而原子由原子核和核外电子构成。
原子核带正电,核外电子带负电且绕原
子核高速旋转。原子核非常小,却集中
了原子的绝大部分质量。原子核由带
正电的质子和不带电的中子构成。
任务一：核能
　　许多带正电的质子挤在一个小小的原子核中,它们之间必定会产生很大的相互排斥的力,可为什么它们还能紧紧地结合在一起呢
　　质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起,因此原子核十分牢固,要使它们分裂或重新组合是极其困难的。但是,一旦使原子核分裂或聚合,就可以释放出惊人的能量,这就是我们说的核能,又称原子能。
任务一：核能
　　2.核裂变与核聚变的原理
任务一：核能
　　科学家用中子轰击铀原子核,铀核裂变释放出核能,同时还产生几个新的中子,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,这就是链式反应。
任务一：核能
　　裂变是一个质量较大原子核分裂成两个或两个以上中等质量原子核的过程,同时会释放出巨大的能量。
任务一：核能
　　重核裂变成轻核可以释放出巨大的能量,反过来,轻核结合形成重核时能释放出更巨大的
能量,这就是聚变。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
超高温和超高压的条件下结合成
氦核,会释放出更大的核能。
任务一：核能
　　聚变是两个质量较轻的原子核,在超高温和超高压的条件下结合成新的重核的过程,同
时会释放出更大的能量。
任务一：核能
　　我国科研人员研制出了世界第一台全超导托卡马克核聚变实验装置——东方
超环,它有“人造太阳”
之称。自建成运行以来,
它已经取得了一系列领
先国际的实验成果。
任务一：核能
　　核能是一种低碳能源,利用核能进行发电,具有清洁高效、能量密度高、单机容量大、占地规模小、不受季节和气候影响、发电稳定可靠且成本相对较低等优点。
任务二：核电站
秦山核电站 大亚湾核电站 核反应堆
任务二：核电站
　　核电站是利用核能发电的发电站。
　　目前,世界上还只能利用核裂变的链式反应释放的能量来发电。
　　核反应堆是核电站的关键设备,与原子弹中核裂变的链式反应不加控制不同,核燃料在核反应堆中发生的链式反应是可控的。
任务二：核电站
　　目前,世界上已经利用核裂变原理建成了许多核能发电站。我国也建成了若干座核电站,如秦山核电站、大亚湾核电站等已投入使用。
　　在核电站的核反应堆中,通过裂变将核能转化为水的内能,高温高压的水蒸气推动汽轮机转动,进而带动发电机产生电能,最后通过电网将电能送到千家万户。
任务二：核电站
　　从物理原理与实际应用出发,核能发电最突出的优势是能量密度极高,1千克铀-235完全裂变释放的能量,约相当于2700吨标准煤完全燃烧放出的能量,因此,核能发电相比于火
电站能大幅减少燃料的运输成本;其次是核能发电过程中的碳排放量极低,发电过程中几乎不产生二氧化碳,契合“双碳”目标;最后,核能发电稳定性强,不受昼夜、季节、天气影响,能为电网提供持续、可靠的电力支撑。
任务二：核电站
　　核能发电的核心风险集中在两方面:一是核泄漏风险,若反应堆失控(由极端事故导致),放射性物质会扩散,对生态环境和人体健康造成长期危害;二是核废料处理难题,核废料半衰期极长(部分可达数万年),需专业技术进行封存、处置,目前尚无完全“无隐患”的长期处理方案。
任务二：核电站
　　对于核电站的发展应辩证看待,坚持“优势利用+风险管控”的核心逻辑——既要正视核能发电在“降碳、保电”中的不可替代作用,将其作为能源结构转型的重要支撑,也要不忽视其风险。通过升级核能发反应堆技术(如三代、四代核电技术提升了安全性)、完善全流程监管体系(从建设到废料处理),把风险控制在最低水平,实现“安全发展核电”的平衡。
任务二：核电站
　　裂变的链式反应在可控的条件下,可以得到很好的利用,否则,瞬间释放出来会造成巨大危害。目前,聚变的控制还在研究中。和平利用核能是全世界爱好和平的人们的共同愿望。核能的利用,还有很长的路要走,希望大家努力学习,练就过硬的本领,以后为推动人类的和平事业作出更大的贡献。
任务二：核电站
　　(1)核能巨大,它能极大地补充人类能源的不足,使用核能能极大地节约化石能源。
　　(2)核能能够有效解决能源分布不平衡的问题。
　　(3)核能属于不可再生能源。
　　(4)核能可能造成核污染,会产生核辐射,进而对地球上的生物造成伤害。
　　(5)核反应堆中会产生核废料,在处理核废料的过程中,代价较高。
任务二：核电站
　　各种发电途径的对比:
任务三：“两弹一星”工程
　　阅读教材中的相关内容,并分小组查阅资料,了解“两弹一星”工程的内容和历程,并将其与前面所学的核能知识深度关联,通过梳理我国核武器的发展历程,直观感受从“无”到“有”、从“弱”到“强”的艰辛与辉煌。
　　同时,进一步了解“两弹一星”工程中的科学家事迹。
任务三：“两弹一星”工程
　　钱学森:他是“两弹一星”功勋奖章获得者,更是我国航天事业的奠基人。当年为了回国投身祖国建设,他冲破美国重重阻挠,历经5年才踏上故土。回国后,他牵头制订航天发展规划,从零开始搭建技术团队,用严谨的科学态度和卓越的统筹能力,为我国第一枚原子弹爆炸成功、第一颗人造卫星升空奠定了坚实基础,用一生践行了“为国效力”的初心。
任务三：“两弹一星”工程
　　邓稼先:被称为“两弹元勋”的他,隐姓埋名28年,扎根戈壁荒漠。在原子弹研制关键阶段,他不顾辐射风险,亲自前往爆炸核心区域寻找弹体碎片,只为精准分析实验数据。即便后来因辐射患上重病,他仍躺在病床上整理科研资料,临终前还牵挂着我国核事业的发展,用“以身许国”诠释了科学家的责任与担当。
任务三：“两弹一星”工程
　　于敏:他是我国氢弹研制的核心人物,同样选择了“无名”之路。在没有国外技术借鉴的情况下,他带领团队凭借纸笔反复演算,攻克了氢弹设计的诸多关键难题,仅用2年8个月就实现了从原子弹到氢弹的突破,比其他国家用时大幅缩短。他一生低调,始终将个人追求融入国家需要,用“默默奉献”书写了科研人的坚守。
任务四：太阳能
　　你们知道这是什么飞机吗
任务四：太阳能
　　“阳光动力2号”是全球最大的太阳能动力飞机。它于2015年6月29日从日本名古屋出发飞往美国夏威夷,开始环球飞行的第八站。2015年7月3日清晨,“阳光动力2号”经过118小时的持续飞行,抵达美国夏威夷州的檀香山卡雷罗亚机场,创下了太阳能动力飞机的最长不间断飞行纪录。
任务四：太阳能
　　你们知道它是怎么工作的吗 现在就让我们一起来学习支持它飞行的能量——太阳能。
　　太阳为什么会产生太阳能且经久不衰呢
任务四：太阳能
　　太阳是一个巨大的“核能火炉”,其核心温度高达1600万摄氏度。在太阳的内部,氢原子核在超高温下发生聚变,释放出巨大的核能,相当于在太阳的核心每时每刻都在发生氢弹爆炸,它比原子弹爆炸的威力更大。
任务四：太阳能
　　太阳由内向外依次由太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气组成。太阳核心释放的能
量向外扩散,经过数千年的时间传
送到太阳表面(太阳大气),太阳表
面温度约5 500 ℃,就像一个高温
气体组成的海洋,大部分太阳能以
热和光的形式向四周辐射出去。
任务四：太阳能
　　太阳这个巨大的“核能火炉”已经稳定地“燃烧”了50亿年。目前,它正处于壮年,要再过50亿年它才会燃尽自己的核燃料。太阳每天向地球辐射的能量,相当于地球上蕴藏的所有化石燃料所具有的化学能的总和。同时,由于太阳能分布广阔、获取方便、清洁无污染,所以太阳能是人类未来理想的能源之一。
任务四：太阳能
　　太阳内部发生聚变,释放出巨大的能量。
　　大部分太阳能以热和光的形式辐射出去。太阳向外辐射的能量中,只有20亿分之一传递到地球,其中又只有不到一半被地球接收。
　　太阳光已经照耀我们的地球50亿年了,地球在这50亿年中积累的太阳能是我们今天所用的大部分能量的源泉,这应该怎么理解呢
任务四：太阳能
　　远古时期,植物通过光合作用,将太阳能转化为生物体的化学能。这些植物和那些以其为营养的动物、微小的海洋生物等,在它们死后,躯体埋在地下、海底,经过几百万年的沉淀、化学变化、地壳
运动,在高压下前者变
成了煤,而后者变成了
石油和天然气。
任务四：太阳能
　　太阳为什么是地球的“能源之母”
　　(1)地球上的风能、水能、生物质能等都来自太阳。
　　(2)地球表面上各个地方都在吸收太阳的热能量,但是由于地面每个部位受热的不均匀性,空气的冷暖程度就不一样。于是,暖空气膨胀变轻后上升,冷空气冷却变重后下降,这样冷暖空气便产生流动,形成了风。
任务四：太阳能
　　(3)地球表面的一部分水吸收太阳的能量蒸发形成水蒸气,暖湿气流从地面升起,因绝热达到过饱和而凝结成云,遇到冷空气就形成了雨。雨水 集,从高处流下,就产生了水能。
　　(4)植物通过光合作用从太阳获取能量,以化学能的形式存储在植物体内,形成了生物质能。
　　(5)人类和动物从植物或其他动物获取生物质能以维持生命。
任务四：太阳能
　　自然界中的绝大部分能源归根结底都来自太阳辐射能,太阳能是人类能源的宝库。
任务五：太阳能的应用
甘肃敦煌100 MW 熔盐塔式光热电站 青海塔拉滩光伏发电园区
任务五：太阳能的应用
　　太阳能的利用一般有光热转换和光电转换两种方式。
　　太阳能是人类能源的宝库。请大家分组查阅资料,了解太阳能的特点。
　　你们还想知道太阳能的哪些知识呢
任务五：太阳能的应用
　　(1)太阳能的优点
　　①太阳能巨大,仅一小时到达地球表面的太阳能就比目前全世界一年能源生产的总量还多。
　　②供应时间长,是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源。
　　③分布广阔,获取方便。
　　④安全、清洁无污染。
任务五：太阳能的应用
　　(2)太阳能的缺点
　　①太阳能虽巨大,但太分散,垂直射到地面每平方米的面积上的太阳能只有数百瓦,要大规模开发和利用太阳能,必须设置庞大的收集和转化能量的系统,因而造价太高,影响推广。
　　②由于地球自转、气候、季节等原因,太阳能到达某地的功率变化很不稳定,给人们稳定利用太阳能带来困难。
　　③目前太阳能的转换效率还很低,光热转换率只有50%~60%,光电转换率只有10%左右。
任务五：太阳能的应用
　　 (3)太阳能的利用效率
　　①光热转换的基本原理是使太阳能聚焦,用它来加热某种物体以获得内能,如太阳灶、太阳能热水器等。
　　②光电转换是将太阳能转化为电能。目前,太阳能用于发电的途径有两种,一是热发电,就是先用集热器把太阳能变成内能,再通过汽轮机将内能转变为电能;二是光发电,就是利用太阳能电池的光电效应,将太阳能直接转化为电能。
核心总结
核心总结
课堂评价
　　1.下列说法中正确的是　　　　　　　　　　　(　　)
　　A.裂变与聚变都会释放内能
　　B.聚变是在中子轰击下引发的
　　C.裂变是在超高温下进行的
　　D.以上说法都不对
D
课堂评价
　　2.下列能源来自太阳能的是　　　　　　　　　(　　)
　　A.核能
　　B.水能
　　C.潮汐能
　　D.地热能
B
课堂评价
　　3.太阳能是目前广泛开发的新能源之一,下列关于太阳能利用的说法中错误的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
　　A.太阳能属于可再生能源,且利用过程中几乎不产生污染物
　　B.太阳能电池的工作原理是光电效应,将太阳光直接转化为电能
　　C.家用太阳能热水器是将太阳能转化为机械能,再通过机械能加
　　　热水
　　D.太阳能路灯、屋顶光伏板均是太阳能在生活、家用领域的典
　　　型应用
C
课堂评价
　　4.核能的获取主要有两种方式,分别是＿＿＿和＿＿＿。其中,目前人类技术成熟、可大规模应用于发电的是＿＿＿;而＿＿＿技术目前仍处于研究阶段,尚未实现商业化应用。
聚变
裂变
裂变
聚变
课堂评价
　　5.2011年,日本福岛第一核电站因冷却系统的故障导致严重的核泄漏事故,引起了全世界的关注。
　　(1)核电站是利用原子核发生＿＿＿(选填“裂变”或“聚变”)释放能量来发电的。
　　(2)下面是核能发电中能量转化的过程,请将其补充完整。
裂变
内能

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