16.3 能源：危机与希望课件(共27张PPT) 2024-2025学年物理北师大版（2024）九年级全一册

(共27张PPT)
第十六章 粒子和宇宙
三、能源：危机与希望
1.通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化，但自然转化过程不可逆；
2.知道能量守恒定律；
3.了解能源的定义与分类；
4.了解能源的开发利用与可持续发展；
5.了解核裂变与核聚变。
学习目标
汽车的运动
电荷的运动
自然界中的物质存在着不同的运动形式。
分子的运动
新课导入
图中都存在着什么能量？分别有哪些不同形式的能量在发生相互转化？
飞行的飞机
汽车飞越黄河
水力发电厂
飞行器上的太阳能电池板
大亚湾核电站
风力发电厂
新知讲解
能量转化与守恒定律
一
飞行的飞机具有动能；飞机在飞行时机械能→自身和周围环境的内能；
飞越黄河的汽车具有动能；驾车飞越黄河时重力势能→动能；
流动的水具有机械能；水力发电站利用水的重力势能→动能；
太阳能电池板能把太阳能→电能；
核电站能够利用原子核内的核能，原子核的核能→内能→机械能→电能；
流动的风具有机械能。风力发电是利用风的动能→电能。
大量事实表明，不同形式的能量之间可以相互转化，在一定量的某种形式的能量减少的同时，总伴随着其他形式的能量在等量地增加。
能量守恒定律：
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
讨论：能不能制造出一种机器，不消耗能量，而又永远不停地运动着？
一种永动机的设计模型
若把一杯凉水放到温度较高的环境中，水是否会自动变热？把水放到温度较低的环境中，水是否会自动变热？
放到温度较高的环境中，水吸热，温度升高，内能增加，空气的内能传递给水。
将水放到温度较低的环境中，水不会自动变热，水的内能会传给空气。
结论：说明能量的转移是有方向性的。
汽车制动时，由于摩擦，动能转化成轮胎、地面和空气的内能。
这些消耗的能量不能再自动地被用来驱动汽车。
结论：这说明能量的转移和转化的过程可以自发地朝某个方向进行，但不能自发地向相反方向进行。即自发的能量转移和转化过程具有方向性。
科学研究表明：能量的转化和转移具有方向性，在转化过程中由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为内能，这部分内能不可能自动的转化为机械能如果没有能量的补充，重锤将最终停止运动，所以“永动机”是不能实现的。
一种永动机的设计模型
能量是与物质及其运动相联系的，每一种形式的能量对应于一种运动形式。
机械运动――机械能　　
热运动――内能
电荷运动――电能　　　
化学运动――化学能　　　　
原子核内部的运动――核能
　　
自然界存在着可以为人类提供能量的自然资源，称为能源。能源是人类社会活动的物质基础。
能量与能源
二
(1)人类利用能源大致经历了三个时期：柴薪时期、煤炭时期和石油时期。
(2)能源危机
天然气、石油、煤炭这类能源是由古生物在长期地质变迁中形成的，称为化石能源。这类能源用过以后在短时间内无法再生。
煤炭资源在有些国家即将耗尽，石油以今天的消耗速度大约也只能再用100年。
人类还能在地球上继续生存下去吗？
1905年，爱因斯坦以惊人简洁的公式E=mc2揭示了以质量m为标志的物质与能量E的关系式中c为光在真空中的速度。
爱因斯坦的质能方程为核能的开发和利用提供了理论支持。
1938年，物理学家用中子轰击铀核，使之分裂并放出中子及能量，这个过程就叫作核裂变。
物质与能量
三
另外，放出的中子会继续撞击其它的核，并再次放出中子，如果不加控制将会一直进行下去，这就是链式反应,原子弹就是这样子造出来的。
1kg铀全部裂变时释放的能量相当于2500t优质煤完全燃烧释放的能量。人们把这种能量称为核能。
原子弹就是根据这个原理制造的一种核武器。
现在，原子核能已被用于和平目的，十几个国家都已建成核电站.但是核电站一旦泄露，就会带来和污染等问题，危及人类生命安全，因此和平安全使用核能，做好防护措施是很重要的事情。
泰山核电站
在核裂变实现之后，物理学家又发现了比氦核轻的氘核、氚核在极高的温度下能够聚合成氦核，同时释放出更巨大的能量。这种把轻核聚合成质量较大的核的反应称为核聚变。
核聚变的优越性不仅只能量释放多出4倍于裂变，更可喜的是，所需的氘核在海水中就含量巨大，堪称用之不竭。
氢弹就是根据这个原理制造的一种威力比原子弹更大的核武器。
人们的生活、生产、科研都离不开能源。那么能源包括哪些，又怎么分类呢？
1.能源的分类
（1）能直接从自然界获取的能源称为一次能源。
煤
石油
风能
地热能
水能
（按能源的来源来分）
科学与人类
四
（2）由一次能源经过加工得到的能源称为二次能源。
汽油、柴油
风力发电
水力发电
太阳能发电
地热发电
（1）可以从自然源源不断地得到的能源称为可再生能源。
（按是否可以再生来分）
如：水能、风能、太阳能、生物质能
沼气---一种应用前景最广阔的生物质能
（2）不可能在短期内从自然界得到补充的能源称为不可再生能源。
（按是否可以再生来分）
如：化石能源、核能
煤
石油
天然气
2. 21世纪的能源发展趋势
(1)由于世界人口的急剧增加和经济的迅速发展,能源的消耗持续增长。
(2)人类利用的主要能源仍是化石能源，它属于不可再生能源。
3.能源消耗对环境的影响
大量燃烧化石能源会造成空气污染和温室效应，一些国家过分依赖柴薪能源，加剧了水土流失和土地沙漠化。
4.解决能源问题的主要途径
必须不断开发新能源，提高能源的利用率，同时节约能源。
5.未来理想能源应满足的条件
(1)必须足够丰富，可以保证长期使用。
(2)必须足够便宜，可以保证多数人用得起。
(3)相关技术必须成熟,可以保证大规模使用。
(4)必须安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。
1.在各种形式的能量转化的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A.机械能一定守恒 B.各种形式的能量都守恒
C.各种形式的能的总量一定守恒
D.只有机械能转化为内能
2、下列说法正确的是（ ）
A核能是指原子核发生变化时所释放的能量
B煤炭、石油、天然气、太阳能都是不可再生能源
C原子弹核氢弹都是利用核裂变产生爆炸的
D目前核电站获得核能的途径是核聚变
C
A
当堂检测
3.下列关于获取核能的说法中,不正确的是( )
A.氢弹和原子弹爆炸时能量的转移和转化是有方向性的
B.重核裂变和轻核聚变是获得核能的两种方法
C.核电站不可以将核能直接转化成电能
D.目前核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变
D
能源：危机与希望
能量守恒定律
能量转化具有方向性
核能——核裂变和核聚变
能源的分类和危机
课堂小结