资源简介

单元五 常用能源
单元概述
本单元是学生第一次接触有关能源的题材。单元中不解释能源的概念，而是通过展示常见的各种能源形式，使学生对能源有所感受。
本单元的设计目的是让学生了解常见的能源形式，知道人的生活离不开能，并且初步树立节约能源的意识。
本单元的设计思路是从了解大自然中的一些常见能源形式过渡到了解生活中常用的能源，最后通过感受我们的生活离不开能从而培养节约能源的意识。
单元教学目标
⒈了解生活中的常用能源形式（太阳的光热、风、水、电、煤气、天然气），知道人的生活离不开能。
2．初步树立节约能源的意识。
单元教学活动结构图
教学活动准备一览表
课时名称
活动名称
教具
学具
1．太阳、风和水
活动一 认识太阳带来光和热
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活动二 认识风和水提供动力
可拼装的小水轮、盛水的容器
2．电和燃气
活动一 电动玩具
电池、各种电动玩具、玩具电扇
活动二 讨论电在生活中的应用
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活动三 认识主要的燃气及应用
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3．节约能源
活动一 生活离不开能
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活动二 讨论怎样节约使用电和燃气
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单元评价建议
本单元的评价活动通过让学生为学校和家庭节约电和燃气提建议，进一步巩固学生节约能源的意识，使学生具有把节约能源落实在实际行动中的意识。
课程资源
参考资料
1．一次能源 指在自然界中现成存在的能源。一次能源按其能否循环使用和不断得到补充还可以分为再生能源和非再生能源。再生能源指可以被重复利用的能源，包括风能、水能、太阳能等。非再生能源指那些一旦被消耗，在短时间内不可能再恢复的能源，如核能、石油、天然气及煤炭等。
2．二次能源 指由一次能源经加工转换成另一种形态的能源，如电力、蒸汽、焦炭、煤气，生产过程中排出的余热、余能，如高温烟气、可燃废气、废蒸汽等也属于二次能源。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源都被称为二次能源。二次能源不具有自然属性，故不属于自然资源。
3．太阳能 太阳向宇宙辐射的能量，每秒钟大约有相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时放出的热量，其中22亿分之一传到地球上来。太阳能的利用主要是两种途径，一是将太阳能转化为内能（热），二是将太阳能直接转化为电能。利用太阳能转化为内能的装置有太阳能热水器、太阳灶、太阳能发电站等。太阳能发电站是用太阳能把水加热后产生蒸汽，以蒸汽为动力推动汽轮发电机发电。利用太阳能直接转化为电能的装置称为太阳能电池。生活中使用太阳能电池的物品有计算器、手表、袖珍收音机等。
4.风能 地球表面风的能量，估计为1.3万亿千瓦/年，其中可利用的风能约有200亿千瓦，中国可利用的风能约为1.6~2.53亿千瓦。
5.风车 公元前3600年前后，古埃及就使用风车提水、灌溉，12世纪，在英国和法国出现了欧洲最早的风车，以后传入德国、荷兰和北欧国家。早期的风车呈柱子形状，15世纪欧洲出现了塔式风车，这种风车至今仍可在欧洲许多地方看到。风车最早被用来抽水灌溉、研磨谷物，今天则主要用于风力发电。我国的风力发电厂主要分布在新疆的达坂城、内蒙古的古朱日、福建的平潭岛、广东的南澳岛、浙江的嵊泗岛、山东的长岛等地。
6.水能 水流是一种流动的再生能源，流水具有大量的机械能。水流推动水轮机，大型水轮机可带动发电机发电。为了加大水轮机的动力，在江河上游选择适当的位置修筑拦河坝，提高水位，增大发电机功率。三峡工程自２００３年７月１０日第一台机组投产以来，目前已有８台７０万千瓦大型机组并网发电，投产机组装机容量达５６０万千瓦，发电能力位居全国第一。水电开发比其他能源有更大优势。在世界上，各国多是率先开发和利用水电资源，待水电开发到一定程度后，才转向大规模地开发其他发电能源。结合江河治理和防洪，开发大水能资源，修建控制性水利枢纽工程，可以大大减缓中下游的洪涝灾害，还可以发挥灌溉、供水、航运、跨流域调水、水土资源开发等多种效益；同时，水库大面积蓄水还会改善局部气候，有利于水土保持。
　　此外，加快水电开发还可以优化我国的能源结构。根据2001至2004年中国水力资源最新普查，我国可开发水电装机容量为4.02亿千瓦。截至目前，我国水电开发总装机容量突破1亿千瓦，跃居世界第一。但以可开发水电装机容量为基数，我国目前水电资源开发程度不足25%，与世界水电开发先进水平相比存在巨大差距。我国目前是全球第一煤炭消费大国，是仅次于美国的全球第二石油、电力消费大国。能源问题始终是影响我国经济社会发展的重大战略问题。在我国目前的能源结构中，对化石能源的消耗占据了绝大比例。这种局面，需要靠加快水电开发实现能源结构优化。
7．电能 电能是二次能源，发电方式通常包括火力发电、水力发电和核能发电。
火力发电厂的燃料主要有煤、石油（主要是重油、天然气），燃料燃烧产生的热使水变成水蒸气，水蒸气推动汽轮发电机发电。我国的火电厂以燃煤为主，过去曾建过一批燃油电厂，目前的政策是尽量压缩烧油电厂，新建电厂全部烧煤。
核能指原子核能，又称原子能，是原子结构发生变化时放出的能量。目前，从实用来讲，核能指的是一些重金属元素铀、钚的原子核发生分裂反应（又称裂变）或者轻元素氘、氚的原子核发生聚合反应（又称聚变）时所放出的巨大能量，前者称为裂变能，后者称为聚变能。通常所说的核能是指受控核裂变链式反应产生的能量。核能发电就是利用受控核裂变反应所释放的热能，将水加热为蒸汽，用蒸汽带动汽轮发电机发电。1954年，原苏联建成世界上第一座核电站。核电发展比较领先的地区是那些缺乏煤、石油和天然气以及水力资源的地区，如法国、比利时、韩国、日本等。我国东南部沿海地区远离煤炭生产基地，电力需求增长快，经济发达，发展核电具有十分重要的现实意义。我国自行设计制造的第一座核电站——秦山核电站和引进设备的大亚湾核电站已分别于1993年和1994年投入运行，结束了我国无核电的历史。
8．煤气 指以煤为原料生产出来的一类可燃性气体，包括发生炉煤气、水煤气、混合煤气、炼焦煤气和干馏煤气等种类。
发生炉煤气是煤与空气在发生炉中进行不完全燃烧所产生的混合气体。
水煤气是将水蒸气吹过灼热的煤或焦炭,在约1000℃时反应所产生的混合气体。主要的化学反应可以表示如下：
C + H2O CO + H2
为了维持煤层的灼热状态，需要间歇通入空气。
混合煤气是将空气和水蒸气同时吹过灼热的煤层所产生的混合气体。
炼焦煤气是烟煤炼焦时的副产品。
干馏煤气是烟煤在隔绝空气下干馏时产生的混合气体。
各个地方由于气源不同，煤气的成分也不完全相同。但是，它的可燃性成分不外乎是甲烷、氢气和一氧化碳。此外，还含有氮气、二氧化碳等不可燃的气体。现在有些城市的煤气就是由发生炉煤气、水煤气、炼焦煤气混合而成的。目前，上海使用的煤气含氢气48%、甲烷13%、一氧化碳20%以下。
煤气中的一氧化碳是一种剧毒的气体。人体血液中的血红蛋白有输送氧气的作用。血红蛋白跟氧气结合，通过血液循环把氧气输送到人体的各个部分。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气大200倍。因此，人体如果吸入一氧化碳，血红蛋白就跟一氧化碳结合，使血红蛋白失去输送氧气的能力，时间久了人就会因缺氧而窒息死亡。
空气中的一氧化碳含量超过千分之一，人就会感到头痛恶心。由于一氧化碳是一种没有颜色、没有气味的气体，因而人们难于感觉到一氧化碳的存在，这就更增加了一氧化碳中毒的危险性。好在制取煤气时，总会同时产生一些难闻的含硫化合物，一旦闻到这种异味气体，就应该引起我们对煤气泄漏的警觉。
煤气一旦泄漏，在空气中只要达到氢气、或一氧化碳、或甲烷的爆炸极限，都容易引起爆炸，这是非常危险的。所以检查煤气泄漏切忌使用明火，一旦发现煤气泄漏应立即关闭总开关，打开窗户，使空气流通，并通知有关部门处理。
9．液化气 液化气也是一种重要的家用燃料，它是在石油炼制过程中产生的。石油是一种黑褐色粘稠的液体，它是各种碳氢化合物的混合物。石油中各种碳氢化合物的沸点都不相同。因此用蒸馏的方法，可以把它们一一分离开来。在石油中，那些分子量较小的碳氢化合物，如丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8）等沸点较低，在蒸馏时，它们首先从石油中逸出。通过降温和加压，使它们变成液态，贮存在钢瓶里，所以也叫做液化气。液化气是由多种低沸点气体组成的混合物，没有固定的组成。这些气体都由碳、氢两种元素组成，并且都能够燃烧。液化气的成分大致如下表：
液化气的主要成分
名称
丙烷
丙烯
丁烷
丁烯
体积百分含量（%）
7.0
27.7
22.8
42.8
液化气通常装在耐高压的钢罐中使用。打开阀门时，由于压力减小，液化气便由液态变成气态，一经点火就燃烧起来。由于液化气中没有不燃烧的成分，而且丙烷、丁烷等燃烧的热值都高于一氧化碳，1m3的液化气完全燃烧放出的热量约是煤气的20倍。所以跟煤气相比，液化气具有高热值、无毒性的优点。
液化气一旦泄漏，会迅速气化成气体向外扩散。又由于丙烷、丁烷等都是没有颜色、没有气味的气体，密度比空气大，不容易逸散，所以它的爆炸危险性就更大。因此，通常在液化气中加入一些具有恶臭的硫醚或硫醇，以便及时发现泄漏。
10．天然气 天然气是一种天然生成的气体，通常是由甲烷和乙烷组成的混合气体，是理想的燃料和化工原料。天然气的成因与石油的成因相似。目前大多数人主张有机生成说。古代的低等动植物（其中以繁殖量最大的浮游生物为主），同泥沙一起在低洼的浅海、海湾或湖泊中沉积下来，首先形成有机淤泥。这种有机淤泥被新的沉积物所覆盖，造成与空气隔绝的环境。随着低洼地区的不断沉降，沉积物不断加厚，有机淤泥承受的压力和温度也不断加大，在嫌气细菌、温度、压力等因素的作用下，逐渐变成分散的油滴，这些油滴在压力作用下逐渐移到多孔隙的储油岩层（砂岩和砾岩）中，并聚集在一定的地质构造（如穹窿构造）之中，这就形成了油田。天然气一般与石油共存，因为有利于石油存在的地层，一般也有利于天然气的存在。由于天然气比石油轻，所以常位于石油的上部。我国四川等省也有单独成矿的天然气矿藏。天然气是目前世界上首推的无公害能源，它燃烧时产生的二氧化碳少，对保护环境有很大好处，其热值相当于煤气的2.3倍。所以，目前发达国家大部分正在逐步淘汰煤气，改用天然气。上海市从1998年开始，逐步推广使用天然气，上海市目前使用的天然气一部分来自东海油气田，一部分来自西气东输工程。
参考文献及相关网址
1．朱光亚主编，沈善豪等编写.继承普罗米休斯的伟业 能源技术，第1版，上海：上海科技教育出版社，1996.
2．（英）戴维?伯尼等著，黄建华等译.彩图袖珍自然百科，第1版，广西：接力出版社，2001.
康娟等编著.身边的化学，第1版，北京：中国林业出版社，2002.
中国大百科全书光盘化学卷，1.1版，北京：中国大百科全书出版社.
美国物理研究所等编著，谢亚南等译.科学探究活动手册·能量，第1版，长春：长春出版社，2003.
http://estar.rdfz.cn/Resource/Book/Edu/
http://www.pep.com.cn/


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