2020-2021学年沪粤版九年级物理下册 第二十章 20.2 开发新能源 课件（共68张PPT）

(共68张PPT)
第二十章 能源与能量守恒定律
20.2 开发新能源
沪粤版物理九年级下册
学习目标
1．知道能源与人类社会密切相关，但需要不断开发和利用新能源以解决能源的供需矛盾和环境问题。
2．知道太阳能和核能是两种新能源。
3．了解直接利用太阳能的两种途径。
4．了解裂变、聚变，知道原子弹、氢弹的制造原理，知道核反应堆的作用，以及核电站的原理和作用。
目前，世界能源消耗中90%以上是不可再生能源，不
可再生能源到本世纪末，除煤炭外都将开采殆尽，
“能源危机” 之说绝不是危言耸听！
为应对日益逼近的能源危机，世界各国越来越重视能
源的开发和节能，并在努力开发包括太阳能和核能在
内的新能源。
导入新知
1
知识点
太阳能
一、太阳能——永恒的动力之源
太阳是一个巨大的能源,它送到地球的光功率达
1.7×1014kW 。现在全社会的总能耗约1.3×1010kW ，
全世界发电装机容量不到4×109kW ，地球上所有石
油资源相应的能量，只相当于太阳一天半时间内供应
给地球的光能。况且太阳的寿命至少是50亿年，对人
类而言，太阳能是取之不尽用之不竭的。
合作探究
地球吸收、利用太阳能的四种渠道
1. 被植物、微生物吸收
太阳能 生物能
光合作用
2. 使大气、水升腾循环
太阳能→机械能
3. 被海洋吸收
太阳能→内能
4. 直接利用
活动：怎样直接利用太阳能
(1)太阳能→内能
(2)太阳能→电能
太阳能发电站
(3)太阳能→化学能
太阳能小汽车
每年太阳辐射到我国960万平方公里土地上的能量，
相当于1.7万亿吨标准煤。
太阳能电池
薄膜太阳能电池
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光
能转化成电能的装置。
应用：人造卫星、太空望远镜、太空站等电力的来源。
航天器上的太阳能电板
太阳能的优点和缺点
1. 太阳能的优点：
①十分巨大； ②供应时间长久；
③分布广阔，获取方便；
④安全、清洁、无污染。
2. 太阳能的缺点：
①太分散；
②受季节、天气和地理环境影响较大；
③能量转换效率低。
【例1】太阳能是优先开发的新能源之一。关于太阳能的利用，下列说法错误的是( )
C
（1）太阳能和其他能的转化
（2）采用从一般到特殊的思维方法
可由分析一般实例中能量转化的方法，来分析太阳能利用过程中的能量转化。即看转化前消耗了什么形式的能量，转化后得到了什么形式的能量，最后得出结论。
新知小结
下列关于太阳能的各种说法中，不正确的
是(　　)
A．太阳能是一次能源且属于可再生能源
B．太阳是远古就存在的，所以它并不是新能源
C．太阳能是一种无污染的清洁能源
D．太阳能分布广阔，几乎是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源
1
B
巩固新知
利用太阳能的方式之一是用太阳能电池把________能转化成________能；另一种方式是用集热器加热。从改变物体内能的途径来看，太阳能热水器是通过________来增加水的内能，一台太阳能热水器储有300 kg的水，若水温从20 ℃升到70 ℃，这些水吸收了________J热量。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
2
太阳
电
热传递
6.3×107
2
知识点
核能
二、核能—造福人类的“神火”
（一）核能概念：
原子核内部蕴藏的巨大能量，叫做原子核能，简称核
能。原子核是可以改变的，而且在有些改变过程中会
释放出巨大的能量。
（二）释放核能的方式：
1.重原子核的裂变（重核裂变）
2.轻原子核的聚变（轻核聚变）
合作探究
核裂变——较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种
核反应，裂变时会释放出巨大的能量。
链式反应示意图
1. 核裂变——链式反应
不加控制的核裂变反应——原子弹爆炸
我国第一颗原子弹爆炸时形成的蘑菇云
核能的和平利用――核电站
如果控制链式反应的速度，使核能缓慢的平稳的释
放出来，就能和平利用核能了。
能缓慢、平稳地释放核能的装置叫核反应堆。
核电站工作流程示意图
反应堆放出的核能转化为高温蒸汽的内能，再通过汽
轮发电机转化为电能。
核能→内能→机械能→电能
秦山一期核电站
大亚湾核电站
核电的优势
（1）核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物
质,因此核能发电不会造成空气污染,不会产生加重地球温
室效应的二氧化碳；
（2） 核能发电所使用的是铀燃料，而全球铀的蕴藏量相
当丰富；
（3） 核燃料能量密度比化石燃料高几百万倍，故核能电
厂所使用的燃料体 积小，运输与储存都很方便，一座1000
百万瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机
就可以完成运送；
（4）核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核
能发电的成本受国际经济情势影响较小。
核电的缺点：
（1）核能电厂会产生放射性废料，虽然所占体积不大，
但因具有放射性，故必须慎重处理，且需面对较大的政
治困扰；
（2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂
排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重；
（3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高；
（4）核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果设计
不合理或操作不当而造成核泄漏事故，会对生态及民众
造成伤害甚至严重伤害。
核聚变——在超高温的条件下，将两种质量较轻的原
子核（如氘和氚），聚合成一个较重的原子核的一种
核反应，又称热核反应。核聚变的威力更大。
温度和压强越高，热核反应进行的速度越快。目前人
类还未掌握人工控制核聚变反应速度的方法，因此，
还不能和平的利用核聚变。我国和世界各国都在致力
于受控热核反应的研究，我国的研究成果已位于世界
前列，位于我省合肥市的科学分院研制的“人造小太阳”——托卡马克装置就是成果之一。
2. 核聚变——热核反应
太阳能是来自于太阳内部的核聚变，也是大自然中自然存在的唯一核聚变。
人工核聚变的应用——核爆炸——氢弹
1967年，我国爆炸的第一颗氢弹
【例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. 核废料可以像普通垃圾一样处理
C. 原子弹和氢弹都是利用核裂变
D. 目前核电站获得核能的途径是核聚变
A
自然界的事物都具有两面性，例如核能的利用既有有利的一面，同时也存在不利之处。核能使用时存在的缺点有：
（1）核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害。
（2）核反应堆中会产生核废料，在处理核废料过程中，代价较高。
新知小结
【中考·绵阳】目前世界上很多国家把核能发电当成解决能源危机的主要措施。下列关于核能的认识，正确的是(　　)
A．核能是可再生能源
B．当前核能发电是利用原子核裂变释放的核能
C．当前核能发电是利用原子核聚变或裂变释放的核能
D．当前核能发电释放核能的过程与原子弹爆炸释放核能的过程相同
1
B
巩固新知
【中考·河北】如图是核电站工作情况的方框图，请在空白方框内填写装置的种类并回答下列问题。
(1)核能是________(填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)在汽轮机中，将蒸汽的内能转化为轮片的___________能。
2
不可再生
机械(或动)
发电机
3
知识点
其他新能源
你还知道有哪些新能源？
1. 水能 2. 风能 3. 海洋能 4. 地热能
5. 氢能 6. 生物质能 7. 可燃冰
合作探究
风能
氢能
沼气
潮汐
可燃冰
地热
1. 水能发电
我国是一个水电资源十分丰富的
国家之一。但具有资源分布不均
衡，开发程度不高的特点。目前，
我国的水电装机容量及发电量均
居世界第一位。2014年，我国水
电的装机容量达3亿千瓦，水电
占供电总量的23 % 。根据《能
源发展战略行动计划（2014——
2020年）》的要求，2020年，我
国水电装机将达3.5亿千瓦。
风具有很大的能量。人们很早就学会了利用风能行船、
抽水、磨谷……
风能还可以用来发电。
郑和下西洋
2. 风能发电
我国陆地和海上风电的
潜在开发量分别为23.8
亿千瓦和2亿千瓦。目前，
我国已成世界第一风电
大国，全国风电并网装
机容量已达1亿千瓦，提
前1年实现了到2015年我
国风电装机规模达1亿千
瓦的目标。计划到2020
年，我国风电装机规模
将达2亿千瓦。
3. 海洋能
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能。
海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的吸引力以
及地球的自转，会引起海水周期性地作有节 奏的垂直
涨落的现象。
潮汐发电
原理：利用涨潮退潮的水位差来发电。
潮汐的形成　
浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。
4. 地热能
冰岛地热
西藏羊八井地热电站，是我国最大的地热电站
5. 氢能
你认为氢能有哪些优点？
你认为目前不能大量使
用氢能的原因是什么？
带着下列问题，到图书馆或上网查资料回答。
6. 生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物物质中的
能量形式，即以生物物质为载体的能量。它直接或间
接地来源于绿色植物的光合作用，通过一定的技术转
化可为常态的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用
之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再
生的碳源。
生物质能源主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃
圾和有机废渣废水等。
7. 可燃冰
可燃冰是一种天然气水合物的俗称，这种物质在低
温和40多个大气压下才是稳定的。
可燃冰到达水面可以立即融化，同时成分中的甲烷
开始燃烧。
每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。
可燃冰分布广，资源丰富，据计算这种未来的能源
可供人类使用上千年。
可燃冰杂质少，无污染。
可燃冰虽好，但开采不易。
未来的理想能源必须满足的条件：
第一，必须足够丰富，可以保证长期使用；
第二，必须足够便宜，可以保证多数人用得起；
第三，相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；
第四，必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影
响环境。
地热是蕴藏在地球内部的天然绿色能源，举世闻名的西藏羊八井热电站，就是利用深层地热发电。它将________能转化为________能，其中________是可再生能源，使用该能源的优点是__________________。
1
内
地热能
污染小
电
巩固新知
1
知识小结
能源
太阳能
核能
新能源
归纳新知
1. 太阳能：目前人们利用太阳能的方式主要有两种：
一种是用集热器把水等物质加热；另一种是用太阳
能电池将太阳能转化为电能。
2. 核电站和原子弹是利用核裂变来工作的，核电站控
制核裂变的反应速度，原子弹不控制核裂变的反应
速度。氢弹是利用核聚变来工作的。
3. 核电站中发生的能量转化：
核能→内能→机械能→电能。
【中考·黔东南】2014年是我国第一颗原子弹爆炸成功50周年，目前核能已经被广泛和平利用，核电站只需要消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能，核反应堆中的核燃料是________(填“可”或“不可”)再生能源，在核潜艇中是利用核________(填“聚”或“裂”)变产生的能量。
2
易错小结
不可
裂
易错点：不能正确理解核能的分类
在直接利用太阳能的技术中，你最感兴趣的是哪一种？理由是什么？
在核电站中，从核能到电能，中间经过了哪些形式的能量转化？
1
答案略
2
解：中间经过的能量转化形式为内能、机械能。
课堂练习
太阳能辐射到地球表面的平均功率为1.7×1014kW，试计算太阳每1h辐射到地球上的总能量是多少？这些能量相当于多少吨无烟煤完全燃烧所放出的能量？（无烟煤的热值为3.4×107J/kg)
3
解：根据W＝Pt，得太阳每小时辐射到地球上的总能量W＝Pt＝1.7×1014 kW×1 h＝1.7×1017 W×
3 600 s＝6.12×1020 J。依Q＝qm得，需要无烟煤的质量m＝＝Q/q＝W/q＝1.8×1013 kg＝1.8×1010 t，即相当于1.8×1010 t无烟煤完全燃烧所放出的能量。
你认为太阳能、核能、风能、海洋能等新能源中，哪些最可能成为人类未来的理想能源？
4
解：风能最有可能成为人类未来的理想能源。原因是风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源。利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环境效益和生态效益良好。(答案不唯一)
【中考·泉州】如图所示为一种新型的“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。白天工作时，光电池板将________转化为电能；晚上工作时，蓄电池放电，将________转化为
电能供照明灯使用。
5
太阳能
化学能
核电池是一种通过换能器将核能最终转化成________能的装置，具有体积小、重量轻、寿命长等特点。请列举一个将来有可能利用核电池供电的产品：____________。
核能在军事上也有运用，世界上有少数几个国家已经掌握了制造原子弹、氢弹的技术，其中________弹威力更大。原子弹在爆炸时有________________，而且爆炸遗留物由于具有__________，在很长一段时间内还会危及人类生命安全。
6
电
电动车
7
氢
巨大的破坏性
放射性
如图所示，为了形象地描述核能的获得，两位同学分别画了一张利用核能途径的原理图。图甲表示的是________；图乙表示的是________，其中________(填“甲”或“乙”)图展示的是制造氢弹的原理。
8
核裂变
核聚变
乙
1．如图是利用太阳能的三种主要方式，下列实例中属于光热转换的是(　　)
A．太阳能热水器
B．太阳能电池
C．绿色植物的生长
D．太阳能汽车
A
点拨：太阳能热水器是光热转换；太阳能电池和太阳能汽车是光电转换；绿色植物的生长是光化转换。
课后练习
2. 如利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。日前，记者从某市能源局了解到，2015年通过“万家屋顶光伏发电示范工程”，有181户家庭安装了屋顶光伏电站。我国多地市启动了“光伏工程”示范项目，在某单位的楼顶安装了总功率为30 kW的光伏发电系统。
(1)光伏发电系统发电时，________能转化为________能。
太阳
电
(2)一天的有效光照时间按8 h计算，此单位光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？
(3)此单位光伏发电系统一天的发电量，如果由热电转换效率为30%的热电厂来完成，需要燃烧多少千克煤？(煤的热值q煤＝3.0×107 J/kg)
(4)你一定很关注“雾霾天气”的报道，请结合所了解的知识，谈谈国家对家庭光伏发电补贴的好处。(至少谈两点)
解：(2)此单位光伏发电系统一天的发电量为W＝Pt＝30 kW×8 h＝240 kW·h；
(3)W＝240 kW·h＝240×3.6×106 J＝8.64×108 J；
燃烧煤放出的热量：Q＝ ＝2.88×109 J；
燃烧煤的质量：m＝ ＝96 kg。
(4)减少污染、节约能源。
3. 下列关于核能的说法正确的是(　　)
A．核电站是利用轻核聚变反应产生的能量来发电的
B．核能的和平利用必须对核反应控制
C．原子弹是利用轻核聚变制成的核武器
D．核电站可将核能直接转化为电能
B
点拨：核电站是利用原子核裂变的链式反应释放出大量的核能；核能的和平利用必须对核反应控制，此选项正确；原子弹是利用重核裂变(链式反应)制成的；核电站将核能转化为内能，内能转化为机械能，机械能最后转化为电能。
4. 2011年3月11日，日本发生了地震和海啸灾难，致使福岛核电站出现核泄漏。为减少放射性污染，电力公司利用“人工浮岛”(一个钢制的空心浮体)储存放射性污水，该浮体是用8×106 kg的钢板制成的一个外形长140 m、宽50 m、高3 m的空心长方体。问：
(1)核电站的核心装置是________，利用核燃料在里面发生核________而释放出巨大能量用于发电，把核能转化为电能，核能是____________(填“可再生”或“不可再生”)能源。
核反应堆
裂变
不可再生
(2)为了不使“人工浮岛”沉入海底，该浮体最多可以储存质量为多少千克的放射性污水(为了计算方便，海水的密度取1.0×103 kg/m3，g＝10 N/kg)
(3)请你谈谈核能发电与火力发电相比的优点和可能带来的问题。
(2)“人工浮岛”恰好浸没时的排水体积：
V排＝140 m×50 m×3 m＝2.1×104 m3，
“人工浮岛”受到的最大浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×
103 kg/m3×10 N/kg×2.1×104 m3＝2.1×108 N，
由题意可知，当G总＝F浮时，“人工浮岛”储存的放
射性污水最多，则“人工浮岛”的总质量：
m总＝ ＝2.1×107 kg，
储存放射性污水的质量：m污水＝m总－m浮体＝
2.1×107 kg－8×106 kg＝1.3×107 kg；
(3)核能发电的优点：省燃料，污染小。
可能带来的问题：核泄漏(或核辐射、核污染、核废料)。
再见