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第二十二章 能源与可持续发展
第1节 能源
什么是能源?
问题：我们每天要吃饭、喝水，用什么来煮饭、烧水？
电
煤
天然气
干木柴
开动汽车、火车、飞机等交通运输工具需要消耗什么物质？
石油
天然气
煤、煤气、柴草、天然气、汽油、煤油或者柴油等，它们起什么作用？
提供能量
你知道还有哪些物质可以提供能量呢？


水流、流动的空气、太阳光、蔬菜、水果、肉……
能够提供能量的物质称为能源。




煤
石油
天然气
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动植物化石，称为化石能源。
能源

一次能源：
二次能源：
可以直接从自然界获得的能源。
无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到。
（化石能源、风能、水能、太阳能、地热能、核能）
（电能）
煤
石油
天然气
水能
风能
太阳能
地热能
核能
电能
由生命物质（动、植物）提供的能量叫做生物质能。
随着科学技术的发展和进步，随着工、农业生产和科学技术的现代化，人们的生活也渐趋现代化，使能量消耗的增长趋势十分明显。
世界能源消耗量急剧增长
太阳能：取暖、电池、汽车等
风能：风力发电
潮汐能： 发电
地热能：温泉、地热发电
新能源的开发和利用
第2节 核能
1964年10月16日14时59分50秒整，在中国新疆罗布泊腾起了蘑菇云：中国成功进行了第一次当量为2万吨炸药的核试验，爆炸了一颗原子弹。
我国第一颗原子弹
1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，完成了其它国家要十几年或几十年才完成的工作。
我国第一颗氢弹
原子弹和氢弹为什么具有这么大的威力呢？
原子、原子核
原子

原子核
核外电子

质子
中子
物质
分子


（正电）
（负电）
（不带电）


质子、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，要使它们分裂或聚合极其困难。
核能
质子和中子能分开吗？
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，释放出惊人的能量，就是核能。
原子核聚变
原子核裂变
1kg铀全部裂变释放出的核能，超过2000t煤完全燃烧释放出的能量。
质量较大的原子核在中子轰击下变成2个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量的过程叫做原子核裂变 。
裂变反应过程中，中子就像“点燃”核燃料的火柴。
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，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。
可控核能的利用——核电站 （核心设备是核反应堆）
核反应堆中发生的是链式反应，是可以控制的。
核电站的工作原理：

内能转化为 机械能

化学能转化为内能

机械能转化为电能
原子核裂变
秦山核电站位于杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦核电站。
原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的。
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投放到日本的广岛和长崎，原子弹爆炸时释放的巨大能量将两座城市瞬间化为废墟。
广岛市80％的建筑物化为灰烬，6.8万人当场丧生，5年后因原子弹死亡人数达到24.7万人；长崎市60％的建筑物被摧毁，当场伤亡8.6万人，5年后共死亡14万人。该地区核爆炸的幸存者也不同程度受到放射性污染，患了各种怪异的后遗症，在随后几年中，又有大批人痛苦地死去。
原子弹爆炸后的长崎
使2个质量较小的原子核在超高温下结合成质量较大的新原子核，同时释放出能量的过程就是聚变，也称为热核反应。





氚核
氘核







氦核
中子
能量




超高温
结合
利用原子核聚变在瞬间释放的不可控能量可以制成氢弹。
核能有许多优点，但在利用过程中又存在着哪些问题呢？
核废料的处理难、核泄漏。
存在的问题：放射性污染！
核废料常需要深埋处理
放射性物质的标志
原子核裂变—链式反应
原子核聚变—热核反应
获得核能有两种途径　
第3节 太阳能
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。太阳表面温度约6000℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。
太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。人类的日常生活，也无法离开阳光。所以说太阳是人类能源的宝库。

直接利用太阳能的方式主要有两种。
太阳能
内能
1、光热转化——用集热器把水等物质加热。
太阳能的利用
2、光电转化—太阳能电池板
太阳能
电能
太阳能

节能、环保

第4节 能源与可持续发展
　　既然能量是守恒的，为什么还需要节约能源呢？
　　内燃机把石油中储备的化学能转化为汽车的机械能、内能。

这些机械能、内能无法再转化回可以被利用的能源。
化学能
内能
内能
机械能
　　火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。
　　用电器将电能转化为内能、光能、机械能多种形式的能后，这些能量无法再利用。

化学能
内能
内能
电能
　　在热传递的过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，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。

　　汽车制动时，由于摩擦，动能转化成轮胎、地面和空气的内能，消耗的能量不能再自动地被用来驱动汽车。
　　能量的转化和转移具有方向性，有些能量可以利用，有些则不能。
　　我们所能利用的能源是有限的，所以要节约能源。
　　化石能源通过燃烧转化为内能，相当一部分内能没有被有效利用。
能源消耗对环境的影响
　　汽车尾气造成大气污染和城市热岛效应。
　　燃料燃烧产生的大量二氧化碳，加剧了地球的温室效应。
　 化石燃料燃烧还生成二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质。
酸性气体形成酸雨造成危害
酸雨侵蚀后的汉白玉石柱
　　
　　在耗用各种能源时，对环境是否会造成破坏呢？在下表中，用“√”表示大量耗用该类能源对环境会有明显破坏，用“×”表示对环境不会造成明显破坏。
想想议议
√
×
×
√
√
√
×
√
×
×
×
×
×
√
√
√
√
√
×
√
能源与可持续发展
越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源称为不可再生能源。包括化石能源、核能。
煤
石油
天然气
核能
水能
风能
太阳能
地热能
可以在短期内从自然界中源源不断地得到补充的能源称为可再生能源。（水能、风能、太阳能、地热能。）

思考：电能是可再生能源还是不可再生能源？
都不是。
可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。
未来的理想能源应满足哪些条件呢？
1、足够丰富，可以保证长期使用。
2、足够便宜，可以保证多数人用得起。
3、相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用。
4、足够安全、清洁，可以保证不会严重污染环境。
1、下列关于太阳能的说法，错误的是（　）
A.太阳能是一次能源
B.太阳能是由核聚变产生的
C.当前我国能源消费以直接利用太阳能为主
D.太阳能是可再生能源
2、关于原子核和核能，下列说法正确的是（ ）
A.原子核是由电子、质子和中子组成
B.核能的使用不会对人类产生危害
C.现有核电站利用核裂变释放的能量来发电
D.氢弹爆炸时的链式反应是可控的
C
C
3、下列有关能源的说法正确的是（　）
A.石油是二次能源 B.煤炭的大量燃烧不会导致温室效应C.天然气是可再生能源 D.太阳能可转化为电能
4、下列属于不可再生能源的是( )
A.煤 B.风能 C.太阳能 D.水能
5、如图是一款太阳能座椅，椅子顶部安装的硅光电池板，可储备能量供晚间使用，下列说法正确的是( )
A.硅光电池板是由超导材料制成的
B.硅光电池板可以将太阳能转化为电能
C.太阳能来源于太阳内部氢核的裂变
D.太阳能属于不可再生能源
D
A
B
6、2018年11月，我国对“人造太阳”研究有了重大突破，等离子体中心电子温度达到一亿摄氏度。“人造太阳”利用氢核________（选填“裂”或“聚”）变来获得巨大能量。天然气是城市家庭常用的能源，天然气是________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
7、海南有丰富的太阳能资源，太阳能热水器使用广泛。太阳能是_______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。太阳能热水器在加热水时，把太阳能转化为_________。

聚
不可再生
可再生
内能
8、能源家族中，有煤，石油、风能、水能，核能、太阳能等，属于不可再生能源的有　 　 ；电能是　 　 （选填“一次能源”或“二次能源“）。它可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量转化具有
　 　性。
9、光伏发电是将　 　转化为电能。核能作为一种新能源，正在逐步被人们开发和利用，核电站是利用核能发电，其核燃料在反应堆内是通过核　 　（选填“裂变”或“聚变”）的方式，把核能转化为电能输送到国家电网，供千家万户使用。
煤、石油、核能
二次能源
方向
太阳能
裂变
10、目前核电站利用 （选填“核裂变”或“核聚变”）获得核能，太阳是人类能源的宝库，获得太阳能的方式有三种，分别是：①光热转换；②光电转换；③光化转换。其中太阳能热水器是通过 方式获得内能（选填题中的序号）。
11、氢弹是利用氢核的　 　（选填“裂变”或“聚变”）在瞬间释放的能量，核能是　 　 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。

核裂变
①
聚变
不可再生
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