高中物理人教物理选修1-2第四章第三节新能源的开发30张PPT

(共30张PPT)
第三节　 新能源的开发
学习目标：
1.知道什么是传统能源，什么是能源危机．
2．知道有哪些新能源和新能源开发的意义．
3．知道太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能的优点和应用．

第三节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
学习目标
课前自主学案
一、能源的分类
常规能源有____、_______、________等，而新能源主要包括核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能等．
煤
石油
天然气
二、新能源
1．太阳能
利用太阳能主要有三种方式：(1)光热转换——是指把太阳的光能转换为_____能的过程；
(2)光电转换——是指把太阳辐射的能量直接转换为______能的过程；
(3)光化学转换——是指将太阳能转换为_______能的过程．
内
电
化学
2．风能：风是流动的空气，所以风具有能量．风能的利用主要有两种方式
(1)将风能直接转变为_______能，如风车带动水泵抽水；
(2)将风能转化为_____能，如风力发电机．
3．生物质能：是由生物体产生的能量，是以____能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物的______作用．
机械
电
化学
光合
4．地热能：地热能是由地球内部释放出来的能量．地热水的利用分直接利用和地热发电．
5．氢能：利用氢气燃烧放出的能量．氢能的利用有两个关键：一是廉价的制氢方法(利用聚焦______能获得高温来分解水，从而得到氢)；二是氢的储存，目前公认最有前途的方法是
“___________”．
太阳
金属储氢
核心要点突破
一、能源和能源危机
1．能源的分类
一次能源 二次能源
常规能源 燃料能源 煤、石油、天然气、植物秸秆 煤气、焦炭、汽油、柴油
液化石油气、酒精
非燃料能源 水能 电力、蒸汽、热水、余热
新
能
源 燃料能源 核燃料 沼气、氢气
非燃料能源 太阳能、风能、地热能、潮汐能 激光
2.能源危机
地球上可供使用的传统能源是有限的，是不可再生的．煤和石油是地球在几十亿年中积攒下来的不可再生能源，它们是有限的．按20世纪末的消费量估算，已经探明的可供开采的石油和天然气，也许只能维持几十年，即使是储量最多的煤炭，也不过维持开采200多年．自从煤炭和石油成为人类社会的主要能源以后，人类便开始大量消耗自然界用几十亿年积累起来的(财富)资源．随着生产的发展和生活水平的提高，迅速增长的能量消耗与日益耗竭的能源之间矛盾加剧，如果没有新的能源供应，世界将面临能源短缺的危机．
二、新能源的开发
1．新能源
人类正在开发和利用的新能源是核能、太阳能、风能、生物质能、地热能和氢能．
2．太阳能
(1)太阳能的优点
利用太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电转换来实现．它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下优点：①无枯竭危险；②绝对干净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥获取能源花费的时间短，因此在能源开发中占相当大的分量．
(2)太阳能也存在着明显的缺点
①分散性．到达地球表面的太阳辐射能虽然总量很大，但是能流密度比较低．
②间断性．由于昼夜、季节、地理纬度和地形等自然条件的限制，以及天气等随机因素的影响，地球上接收到的太阳辐射是不连续的、不稳定的．
这对太阳能的大规模利用提出了挑战．怎样高效利用太阳能仍是科学研究的课题．
(3)太阳能的利用方式
人类利用太阳能的方式可分为以下几种．
①光热转换是太阳辐射能的聚集的过程．
优点：技术最为成熟，成本最为低廉，应用最为广泛．
装置：平板集热器和聚光式集热器．
应用：太阳能热水器、太阳能温室、太阳能干燥器等都是平板集热器，也叫非聚光式集热器．
反射式太阳灶、高温太阳炉是聚光式集热器．
②光电转换是把太阳辐射的能量直接转换为电能的过程．
优点：技术已经成熟，应用较广．
装置：太阳能电池．
应用：太阳能电池使用简便，易于维护，适用于电子仪表、高山气象站、输油输气管道的维护等许多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海岛等地，这样可以避免铺设输电线路.90%的人造卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电．
③光化学转换是将太阳能转换成化学能的过程．主要途径是绿色植物吸收太阳辐射的能量，以二氧化碳和水为原料，生产出有机物质并放出氧．这个过程就是光合作用．这个过程生成的碳水化合物(糖类)，在生物体内供给生命活动所需的能量．光合作用把不能被生物利用的太阳能转化为可以被生物利用的化学能．
3．风能
(1)风能：风是由于空气的流动而形成的，风具有能量，是一种天然能源．风能蕴藏量丰富，可以再生，永不枯竭，没有污染，随处都可以开发利用．
(2)优点和不足
在重视环境保护的时代，使用风能这种“绿色”能
源，对改善地球生态环境、减少空气污染有着非常积极的价值．
风能突出的弱点是密度低、不稳定、地区差异大．
(3)应用
①将风能直接转变为机械能．
②风力发电是将风能转化为机械能，最终转化为电能．
4．生物质能
(1)生物质能：由生物体产生的能量就是生物质能．生物质能是以化学能的形式储存在生物体中的太阳能，来源于植物的光合作用．
(2)应用：生物质能主要来源于柴薪、人畜粪便、城市垃圾和水生植物等．除柴薪可以直接燃烧外，利用生物质能的技术还有沼气生产、酒精制取、人造石油的制造、生物质能发电等．
5．地热能
(1)地热能：地热能是由地球内部释放出来的内能．一般认为地热来源于地球深处熔融的岩浆和放射性物质的衰变．
(2)应用：可以通过地下蒸汽、地热水(温泉)、地下干热岩体来得到地热能．地热能可直接用于采暖、水产养殖、温室养殖，以及医疗等方面．天然温泉与人工开采的地下热水，已经广泛使用．据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发电，中国的地热水直接利用居世界首位．
6．氢能
(1)氢能：无论核能还是太阳能，都不便于储存和携带．目前迫切需要一种能替代石油、储量丰富
、不污染环境的燃料．这种理想的燃料就是氢．
(2)氢能的开发和利用
①两个难题
作为潜在的能源，氢能的开发利用需要解决两个难题．一个难题是氢的制备，需要一种价廉易行的方法；二是氢的储存和运输要比较方便．
②氢的制备方式
一是用电解水的办法可以得到氢，但是所消耗的能量会大于氢燃烧放出的能量，显然不合算．
二是可以利用聚焦太阳能获得高温来分解水，从而得到氢，这是廉价制氢的最有希望的方法．
③储存氢的三种方式
一是气态储氢，将氢气储存在钢瓶中；二是液态储氢，将液氢储存在大罐内；三是“金属储氢”，就是使氢与一些合金发生化学反应，生成金属氢化物，这一反应是可逆的，在一定温度、压力下，金属氢化物将重新分解出氢供使用，这是目前公认最有前途的一种方法．
(3)应用
氢－氧燃料电池，实验用的氢燃料汽车都是氢的直接应用．将来我们若能获取大量的廉价氢，氢燃料可以取代现在使用的所有能源．
课堂互动讲练
太阳直接射到地面上的辐射功率，在与光垂直的平面上，每平方米的功率约为1400 W．若面积为2 m2，且与阳光垂直的某热水器内有10 kg的水，且水的初温为20 ℃，热效率为80%，需多长时间才能使水沸腾[已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]?
【答案】　1500 s
【方法总结】　转化率是太阳能和热能联系的关键．
某地区的平均风速是6 m/s，已知空气密度为1.3 kg/m3，此地有一风车，其叶片转动而形成一个半径为20 m的圆面，假如这个风车能将此圆内10%的气流动能转化为电能，求这个风车发电的功率．
【答案】　1.76×104 W
【方法总结】　风力发电是将机械能转化为电能，风能属可再生能源，正确解题要求能建立清晰的物理图景和物理模型．
以氢气为燃料的汽车发动机在燃烧过程中，只会排出水蒸气而无二氧化碳等其他废气排出，因而不会产生温室效应，具有环保意义．
某汽车重6 t，阻力为车重的0.05倍，最大输出功率为60 kW.若此车以最大速度匀速行驶300 km，发动机的效率为50%，则需要多少氢气做燃料？(g＝10 m/s2，若已知每摩尔氢气燃烧后生成水蒸气并放出285.8 kJ的热量)．
【答案】　12.6 kg
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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