物理与能源开发

1、物理与能源开发物理与能源开发物理与能源开发物理与能源开发 课题组长：李林锦 小组成员：蔡镕新 宫本泰 郑智贤 刘国良 王希贤 表达形式通俗易懂 课题深远具有研究意义 内容丰富，形式多样课题研究成果的特点：课题研究成果的特点：过程记录过程记录 收集并整理资料收集并整理资料 对资料进行总结对资料进行总结 小组成员通过从科技书籍、网络或老师得到相关小组成员通过从科技书籍、网络或老师得到相关资料资料 由小组长整理得到的资料进行总结由小组长整理得到的资料进行总结 小组合作撰写活动总结小组合作撰写活动总结 过程记录（结题阶段）过程记录（结题阶段） 制作ppt，填写结题报告、写论文 由组长制作电子版的开题报

2、告 最后由组员一同填写“研究学习性”表格研研 究究 背背 景：景： 人类利用能源的过程大致可分为两个阶段。第一阶段是十八世纪之前，在能源利用方面，主要以木材为主，煤和石油占一小部分。第二阶段是从十八世纪瓦特发明的蒸汽机到二十世纪八九十年代，在能源利用方面，主要以煤、石油、天然气等一些不可再生资源为主。这些能源推进了科技的进步，同时，也大大推进了人类文明发展的进程。但随着这些普通能源的使用，带来了严重的环境污染问题。如酸雨，臭氧层空洞，温室效应加剧等。这些问题严重威胁了人类及其他生物的生存与发展，其次，现今普通能源的储量已经不能满足全人类的需求。如原油只够用41年，天然气只够使用63年，煤的使用

3、也只有218年。 研究背景： 1.受经济发展和人口增长的影响，世界次能源消费量不断增加。 2.世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家。 3.世界能源消费结构取消趋向优质化，但地区差异仍然很大。 4.世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大。 现代能源的开发现代能源的开发核能的发展史核能的发展史 从从19321932年发现中子到年发现中子到19391939年发现裂变，结果经历了七年之久才把巨大的裂年发现裂变，结果经历了七年之久才把巨大的裂变能从铀核中解放出来。它同已知的只有几个电子伏的化学能相比要大变能从铀核中解放出来。它同已知的只有几个电子伏的化学能相比要大

4、几百万倍，而同一般的核反应能相比也要大十倍左右。科学家们为了能几百万倍，而同一般的核反应能相比也要大十倍左右。科学家们为了能很好利用它，就需要设法找到产生这种巨大能量的根源。很好利用它，就需要设法找到产生这种巨大能量的根源。随着核科学的不断发展，在随着核科学的不断发展，在19111911年，卢瑟福又发现了原子中存在着某一年，卢瑟福又发现了原子中存在着某一核心部分，即找到了原子核。并从它的特性中知道，原子质量的绝大部核心部分，即找到了原子核。并从它的特性中知道，原子质量的绝大部分都集中在原子核上。这样，人们就认为原子核中储藏着巨大能量的说分都集中在原子核上。这样，人们就认为原子核中储藏着巨大能量

5、的说法更能反映客观实际。而放射能实际上也就是由于原子核自身发生变化法更能反映客观实际。而放射能实际上也就是由于原子核自身发生变化时所释放出的能量。另外，原子能的提法又很容易和化学能相混混淆，时所释放出的能量。另外，原子能的提法又很容易和化学能相混混淆，所以把放射能称之为所以把放射能称之为“核能核能”更符合实际情况。更符合实际情况。 19381938年德国科学家哈恩和斯特拉思曼发现中子会诱发核的裂变，年德国科学家哈恩和斯特拉思曼发现中子会诱发核的裂变，而且某些元素在受到慢中子的轰击时会引起比快中子更强的反应。而且某些元素在受到慢中子的轰击时会引起比快中子更强的反应。这几个发现与玻尔的液滴模型一起

6、，构成了核能开发的理论起点。这几个发现与玻尔的液滴模型一起，构成了核能开发的理论起点。由于纳粹德国的侵略，许多优秀的科学家来到了美国。由于纳粹德国的侵略，许多优秀的科学家来到了美国。19391939年玻年玻尔在美国举行了一次演讲，在演讲中，他介绍了哈恩的铀裂变实尔在美国举行了一次演讲，在演讲中，他介绍了哈恩的铀裂变实验。在这个实验中，中子轰击铀原子，并使之裂变为更轻的物质，验。在这个实验中，中子轰击铀原子，并使之裂变为更轻的物质，同时在很短时间内释放出了巨大的能量。这之后，听众之一的费同时在很短时间内释放出了巨大的能量。这之后，听众之一的费米随即开始着手展开核能的开发实验。米随即开始着手展开核

7、能的开发实验。19421942年，费米建立了世界年，费米建立了世界上第一个核反应堆，并使反应堆发生了可控的链式反应。这是核上第一个核反应堆，并使反应堆发生了可控的链式反应。这是核能历史上的一个里程碑。随后，便是众所周知的曼哈顿工程以及能历史上的一个里程碑。随后，便是众所周知的曼哈顿工程以及对日本的广岛、长崎投放原子弹。对日本的广岛、长崎投放原子弹。 能源的分类能源的分类 1、按来源分为3类：地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。 地球本身蕴藏的能量。如原子核能、地热能等。 地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐

8、能。 2、按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源。 一次能源又分为可再生能源（水能、风能及生物质能）和非再生能源（煤炭、石油、天然气、油页岩等）。根据产生的方式可分为一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）。 一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源，其中包括水、石油和天然气在内的三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内；二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。 3

9、、按能源性质分，有燃料型能源（煤炭、石油、天然气、泥炭、木材）和非燃料型能源（水能、风能、地热能、海洋能）。 4、根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。 5、根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源。常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等能源。 6、人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料

10、、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源。 7、商品能源和非商品能源 。 8、再生能源和非再生能源 水水 能能 水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括源。广义的水能资源包括: :河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源水能资源指河流的水能资源。是常规能源, ,一次能源。水不仅可以直接被人类利用，它一次能源。

11、水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波非常重要且前景广阔的替代资源。世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。可以利用电解水分子和光以及化学分解水分子浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。可以利用电解水分子和

12、光以及化学分解水分子的方式，来分解到可燃烧的氢气，它可作为新的，多用途的能源来替代现有的矿物质的方式，来分解到可燃烧的氢气，它可作为新的，多用途的能源来替代现有的矿物质能源。水分子的分解过程简而易行，投资少见效快。这给水能的综合利用带来了广泛能源。水分子的分解过程简而易行，投资少见效快。这给水能的综合利用带来了广泛的前景，在地球上，水是一种到处可见的液态物质。通过水的分解装置，制备出氢燃的前景，在地球上，水是一种到处可见的液态物质。通过水的分解装置，制备出氢燃料，可用于汽车，航天航空，热力发电等工业和民用方面，在较大的程度上，缓解了料，可用于汽车，航天航空，热力发电等工业和民用方面，在较大的程

13、度上，缓解了人类对矿物质资源的过分依赖。人类对矿物质资源的过分依赖。太 阳 能太阳能光热 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。太阳光合能 植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此，可以人为模拟植物光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作

14、而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。潮汐能与海洋能波浪发电 据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。中国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。将来的世界，每一个海洋里都会有属于我们中国的波能发电厂。波能将会为中国的电业作出很大贡献。潮

15、汐发电 据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。 开发新能源的目的开发新能源的目的 随着我国城镇化进程的不断推进，能源需求持续增长，能源供需矛盾也越来越突出，迫在眉睫的问题是，中国究竟该寻求一条怎样的能源可持续发展之路？业内官员和学者认为，为了实现能源的可持续发展，中国一方面必须“开源”，即开发核电、风电等新能源和可再生能源，另一方面还要“节流”，即调整能源结构，大力实施节能减排。 开发新能源和可再

16、生能源是能源可持续发展的应有之义。我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。 开发新能源意义 走能源可持续发展之路，从大的能源结构来讲，还是要加快发展核电。最近一两年，从中央到国务院，都坚定了加快发展核电的信心，今年以来核电的工作力度也在加大。在今后一个时期，在优化能源结构方面，核电的比重、速度要保持相对快速的增长，规模要在短期内有比较大的提升。不光是沿海，还要逐步向中部地区发展。 节能减排是能源可持续发展的必

17、由之路。侯云春表示，我国能源需求结构不合理突出表现在能源利用消耗高、浪费大、污染严重，缓解能源供需矛盾问题，从根本上就是大力节约和合理使用，提高其利用效率，严格控制钢铁、有色、化工、电力等高耗能产业发展，进一步淘汰落后的生产能力。同时，还要大力发展循环经济、积极开展清洁生产，全面推进管理节能，大力推广节能市场机制，促进节能发展，广泛开展全民节能活动。 物理在新能源上的应用 晶体管的发明与应用 微处理器 四核微处理器 半导体的应用 风力发电 生物质能 水力发电学习的感受与体会学习的感受与体会 目前，世界各国都在大力研究新型太阳能电池，提高光电转换率，使太阳能的开发利用进一步深化。太阳能的开发方兴

18、未艾，研制出的太阳能新产品层出不穷。例如，英国研制成功一种太阳能冰箱有九块吸热板，晴天时它可以向冰箱的蓄电池充电，一天的充电量足够电冰箱使用五天。瑞士发明了一种太阳能热水瓶，仅重400克，通过装在瓶底部的像镜子似的折叠铝叶板吸收太阳能，用来烧开水。 未来时代将是太阳能大显身手的时代，在我国的现代化建设中，太阳能也将发挥越来越重要的作用。现在，人们越来越认识到太阳能的重要价值。特别是在当前世界各国面临能源日益紧缺的情况下，人们已把太阳能作为开发利用的现代主要新能源之一，因此向太阳这个取用不尽的能源宝库索取能量实现人类历史上的能源变革，已成为今后能源发展的主要趋向。课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义我国正处于经济高速发展时期，但在发展的同时也面临着很多问题，新能源作为一种“绿色”新技术，在减少环境污染，缓解环境压力的同时，也可以缓解我国的能源危机，充分体现了“科学发展”、“可持续发展”、“和谐发展”的发展理念，发展潜力巨大，新能源开发正迎来前所未有的历史发展机遇。清洁、高效的新型能源的开发利用，例如太阳能电池、新型半导体照明设备。一方面，采取切实措施，