能源及其应用 【 备课精讲精研 】 高二物理 （沪科版2020上海必修第三册）

第十二章

能源与可持续发展12.1能源及其应用1.知道什么是能源.2.知道能源的分类方法.3.能清楚新能源的利用和开发方法.【学习目标】导入新课

自然界中能量无所不在，但其表现形式又是多种多样的。以路上跑的汽车为例：新能源公交车内部电池中贮存着电能，电能转化为声能、光能、机械能等能量形式。汽车行驶，具有动能；打开车灯照亮道路，这是光能的作用；鸣响喇叭，声波在空气中传播，是声能的表现。另外，自然界还有核能、势能、生物质能等。正是由于在这个世界上到处有能量存在，而且这些能量还可以相互转化，才使得我们这个世界绚丽多彩，充满了生机和活力。能量不仅普遍存在，而且无时无刻不在发挥作用。一、什么是能源？能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源是能提供多种形式、可以相互转换的能量的源泉。人类利用的能源有太阳、草木、风、水、煤、石油、天然气等。太阳能风能地热能核能潮汐能煤石油天然气二、能源如何分类？（1）一次能源：是指直接取自然界，未经加工转化的能源，如太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能...（2）二次能源：是指由一次能源加工转化而成的能源产品，如焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能...1、按形成或转换特点分特点：自然形成，未经加工特点：由一次能源经加工转换而成2、按其形成和来源分类：

（1）来自太阳辐射的能量，如：太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物能等。（2）来自地球内部的能量，如：核能、地热能。（3）天体引力能，如：潮汐能。3、按可否再生分（2）不可再生能源：煤、石油、天然气、核燃料...特点：短期内无法转换获得

（1）可再生能源：水能、风能、生物质能、地热能...

特点：可循环使用、不断补充4、按对环境污染情况分（2）污染能源：化石燃料（煤、石油、天然气）特点：会严重污染环境（1）清洁能源：太阳能、海洋能、风能、水能...特点：对环境基本上没污染5、按利用技术分

（2）新能源：太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能...

特点：正在开发，或有新的利用方式（1）常规能源：煤、石油、天然气、水能...特点：已大规模正常使用分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境污染情况清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油)总结例1印度洋海底发生强烈地震，引发的海啸破坏性极强，造成几十万人死亡和无数财产损失……海啸之所以有这样大的破坏性，是因为海啸时海水具有很大的(

) A.内能 B.重力势能 C.弹性势能 D.机械能

答案D例2下列物质是能源的是(

)解析铁块不能直接给人类生活提供能量，所以A选项不符合题意；花岗石不能向自然界提供能量，所以B选项不符合题意；人类可以利用太阳能发电、取热，为人类提供生活能量，所以C选项符合题意；沙漠中的沙不能直接给人类生活提供能量，所以D选项不符合题意；故选C。答案C例3目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图所示。下列说法中错误的是(

)A.太阳能来自太阳内部的核聚变B.太阳能收集板将太阳能转化为电能C.利用微波传输，实现了“无缆输电”D.以地面接收站为参考系，太阳能电站是运动的解析由于太阳能电站在地球同步轨道上，所以太阳能电站相对于地面是静止的，故以地面接收站为参考系，太阳能电站是静止的，故D选项错误。答案

D例4(多选)下列说法中正确的是(

) A.能量只是以势能和动能两种形式存在 B.能量只是存在于具有一定高度或运动状态的物体中 C.任何物质均具有能量 D.能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的

答案CD

解析所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、核能、太阳能、水能、风能、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电能、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等，故A、C、D错误，B正确。

例5下列能源中，属于二次能源的是(

) A.煤 B.汽油

C.太阳能 D.石油答案B三、如何开发和利用新能源从环境保护和发展的可持续性来看，石油、煤和天然气等燃料，不仅储存量有限，而且石油、煤等燃料在应用时会排放大量有害气体，引起温室效应和大气污染。而太阳能、水能、风能等具有可再生、无污染等特点。科学家们一直在研究和开发这些“清洁能源”，同时还在发展和利用核能。1.水能水力发电是利用水能的主要方面。一般需筑坝拦截江河水流或蓄水成水库，水流自上而下冲击安装在坝底的发电机组发电。可见水力发电的能源乃是上游水的势能。归根结底，能量来自太阳。如图，我国三峡水电站位于湖北省宜昌市三斗坪镇境内，总装机容量达到2240万千瓦，是我国最大的水力发电站和清洁能源生产基地。三峡水电站通过华东电网保障了，上海市巨大的用电量。三峡工程是一项极具综合效益的水利工程，集发电、防洪、航运、供水灌溉等多种效益于一体。水能不仅可再生，而且成本低、效率高。许多国家在规划电力工业时也往往优先发展水电。2.风能.风力发电是利用风能的最重要的方面。风力发电就是把风的动能转化为电能。如图所示的上海市东海大桥10万千瓦风电场是中国第一个国家海上风电示范项目。该项目位于上海市浦东新区临港新城至洋山深水港的东海大桥两侧，海上风电机组全部是我国自主研发。每年为国家节约燃煤几十万吨，减排大量二氧化碳。风能也是太阳能的一种转化形式。太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中气压分布不均匀，从而形成风。风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染，但存在风能转换效率偏低的发展瓶颈。风能作为一.种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。3.太阳能太阳能的利用有光热转换和光电转换，光伏发电是一种新兴的可再生能源，是太阳能利用的重要方面。光伏的含义是利用半导体技术直接将太阳的光能转换成电能(称为光伏效应)输出，相应的发电元件称为太阳能电池或光伏电池。简单的光伏电池可为手表、计算器、路灯(如图)提供能源，较复杂的光伏发电系统把光能转换成电能并实时输送上电网。我国太阳能光伏发电潜力巨大，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时。太阳能既便捷又环保。阳光普照大地、无需开采运输，可直接利用，且清洁无污染。同时，太阳能既量大又长久。每年照射到地球表面的太阳能相当于130万亿吨煤，其总量属当今世界最大能源。科学家认为太阳寿命仍有约50亿年，因此，太阳能可谓取之不尽、用之不竭。我国太阳能发电技术走在世界前列，已成为世界最大的太阳能发电国。4.核能核能是一种重要的新能源。我国核电工业历经艰辛，已具一定规模。其中秦山核电站(如图)是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，地处浙江省嘉兴市海盐县。秦山核电站采用目前世界上技术成熟的压水堆，核岛内采用燃料包壳、压力壳和安全壳3道屏障，能承受极限事故引起的高压、高温和各种自然灾害等异常情况。秦山核电基地经过多次扩建，9台机组的总装机容量达到650多万千瓦，年发电量约500亿千瓦.时，成为国内核电机组数量最多、堆型最丰富、装机容量最大的核电基地。核能的能量释放速度极快;并且核燃料的能量密度比传统化石燃料高几百万倍，因此核电厂所需的燃料体积小，运输储存都很方便。如果对核能有正确的认识，安全生产，核能也会和其他新能源一样为人类发展提供强有力的能量保障。核裂变1939年，物理学家发现用中子轰击铀核时铀核分裂成几个其他原子核，同时释放出能量。较重的原子核分裂成几个较轻的原子核的过程叫做核裂变(如图)。一个铀235核裂变可释放约200MeV能量(eV是能量单位，称为“电子伏特”，1eV=1.6×10-19J,1MeV=106eV)。若有足够数量的铀核裂变且能持续进行，那么，所释放的能量就能为人类所用。核聚变若干个较轻的原子核也可以结合成一个较重的原子核，同时释放出巨大能量，这样的过程称为核聚变。太阳能就来源于太阳内部氢的核聚变。氢弹也是依靠核聚变释放出巨大的能量，是不可控核聚变。可控核聚变是未来人类能源的理想来源，相比核裂变，核聚变的放射性污染等环境问题少很多。如氘和氚的核聚变反应，其原料可直接取自地球上储量