能源与可持续发展课件-高二上学期物理人教版

第十二章电能能量守恒定律12.4能源与可持续发展目录124能量转移或转化的方向性能源的分类与应用小结和练习3能源与社会发展?问题导入内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？能量转移或转化的方向性011能量守恒定律任何人类活动都离不开能量，不同形式的能量之间可以相互转化。机械能转化为电能电能转化为机械能太阳能转化为电能电能转化为内能1能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫作能量守恒定律。

17~18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要消耗任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”，但是最终都以失败告终，永动机为什么造不出来？2能量转移或转化的方向性思考：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会水的温度自发的降低，而鸡蛋的温度上升？热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，也就是说一切与热学有关的宏观自然过程都是不可逆的。2能量转移或转化的方向性燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人们重新利用。实际上，大多数情况下，所有形式的能最终都会变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。。2能量转移或转化的方向性电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围的内能，但这些内能却不能自发地转化回电能，也很难收集起来重新利用。因此能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。热能光能热能光能热能光能热能光能2能量转移或转化的方向性能量的耗散表明，在能量的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了。。能源危机的深层含义便于利用的能量不便于利用的能量

能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。2能量转移或转化的方向性火力发电厂燃烧燃料产生的热能最终只有40%左右转化为电能，如果进行供暖的话，燃烧产生的热能大约80%左右可以被人们利用到，剩余部分则会变为环境的内能散失。2能量转移或转化的方向性一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过发动机散热系统排出，370/0直接由排气管排出，只有260/0变为发动机输出的机械能。能量的总量是不变的，便于利用的能源却在逐渐减少，因此节约能源，开发新能源是势在必行的！能源的分类与应用021能源的分类煤炭、石油和天然气，这类能源叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫做不可再生能源。这类能源是生活中使用的主要能源。1能源的分类水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。按照能源的基本形态，类似风能、水能、煤炭、天然气等自然界现成存在的能源也被叫作一次能源。类似汽油、柴油等经过加工转换的能源也叫作二次能源。按照对环境的影响，能源也可以分为清洁能源和非清洁能源。2能源的应用近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就。

太阳能发电：太阳能的利用对环境影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能。目前我国是最大的光伏产品制造国，2015年年底，我国太阳能光伏发电累计并网容量达到4.158×107kW。2022年9月底，我国光伏发电装机3.58亿千瓦，居世界第一。2能源的应用

2能源的应用

风能发电：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”。我国风力资源丰富，尤其是西北、华北、华东、西南地区。随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量世界第一。2能源的应用

核能发电：19世纪末到20世纪初，人们揭开原子核的神秘面纱的同时也发现了原子核所具有的惊人能量。一些质量大原子核在裂变成较轻的原子核时会释放出大量的能量。1kg的铀235全部发生核裂变释放出的能量，相当于2800t的标准煤完全燃烧释放的能量。可控核裂变反应所释放的能量，可以很好地被人们利用，核电站就是利用可控核裂变来发电的。现在全世界产出的电能的16%都是来自于核能。大亚湾核电站防城港核电站秦山核电站2能源的应用

核能发电：核能在利用时一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，同时核废料也具有放射性，因此科学家制定了严格的安全措施和安全标准。我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术站——华龙一号，吸取了日本福岛核事故教训，同时根据我国和全球最新安全要求，设置了完善的严重事故预防和缓解措施，其安全指标和技术性能已达到国际最先进的三代水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。2能源的应用

核能发电：一些质量较轻的原子核聚变时，也会释放出大量的能量。一个原子核聚变产生的能量是一个原子核裂变产生的能量的3~4倍。核聚变产生的废料相比核裂变也少得多。所以，由聚变产生核能是一种很好的方式。海洋中所蕴含的核聚变原料全部发生核聚变，产生的核能足够全人类使用上百亿年。因此核能也被称为最具希望的未来能源。可控核聚变也是目前对核能应用的重要研究之一。中国可控核聚变实验装置能源与社会发展031能源与社会发展我们的衣食住行和社会的存在与发展都离不开能源。人类历史上，社会的每一次大变革，都伴随着能源科技的突破。人类对能源的利用大致经历了三个时期：柴薪时期煤炭时期石油时期1．火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑；2．蒸汽机的出现，化石能源的大规模利用，开始了人类文明的新纪元；3．内燃机的出现，推进了机械化和电气化的进程。1能源与社会发展能源是人类社会活动的物质基础，然而在能源的利用过程中造成的环境恶化，已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。化石能源在加工和使用过程中，会排放大量的二氧化碳和二氧化硫等物质到大气中，造成“温室效应”“酸雨”等问题的出现。“温室效应”造成冰川融化“酸雨”中的生活1能源与社会发展能源是人类社会活动的物质基础，然而在能源的利用过程中造成的环境恶化，已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。酸雨破坏森林1能源与社会发展内燃机工作时，会产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受到紫外线照射，会产生光化学烟雾。燃烧时产生的浮尘也会造成“雾霾”天气的出现。1能源与社会发展社会的高速发展造成了能源紧缺，过度使用化石能源也造成了环境的污染。人类的生存与发展离不开能源，能源的开发与利用又会对环境造成影响。可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既要满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。一方面要大力提倡节能，另一方面要发展使用可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。小结和练习041小结1．能量守恒定律；2．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的；3．能源的分类；4．可持续发展；1．回答下列问题（1）能量遵从能量守恒定律，所以能源是取之不尽、用之不竭的，不需要节约能源，这种观点正确吗？（2）有人认为，生物质能、地热能、海洋能、氢能、可燃冰能等都可望不可及，没有开发和利用的前景，这种想法对吗？2练习答：（1）不正确，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成了不便于利用的能源，所以我们仍需要节约能源。（2）不对。目前有许多新能源正广泛应用在日常生活中。2．能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是（）A．能量耗散说明能量在不断地减少B．能量耗散不遵循能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性2练习D3．某居民楼顶部平台安装了

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块太阳能电池板。利用这些电池板收集太阳能发电，发电时总功率可达到

3kW，工作电压为

380V，平均每天发电

6h；发电总能量的30%

供本楼使用，富余电能以

0.2

元/度价格并入国家电网。则下列说法正确的是

（）A．该光伏项目年发电量约为6.75×104kW·hB．该光伏项目的工作总电流约为0.3AC．该光伏项目富余发电的年收入约1400元D．该光伏项目平均每天的发电量可供一只60W的白炽灯正常工作约300小时2练习D4．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m，用于发电的水流量约为1.0×104m3/s。如果通过水轮以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90%转化为电能，g取10m/s2

。（1）按照上述数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？（2）根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？2练习

2练习5．风能是一种很好的可再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景，通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为这台风力发电机的可利用风能。已知：空气的密度为

ρ，风轮机叶片的长度为

r，若风速为

v0，每台风力发电机输出电功率为

P，求此过程中：（1）每台风力发电机可利用风能的功率的表达