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第一节第一节 能源能源凡能够提供能量的资源。凡能够提供能量的资源。能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱。每一种新能源的开发利料一起构成了现代文明的三大支柱。每一种新能源的开发利用和能源利用方式的变革都极大地促进下生产力的发展，并用和能源利用方式的变革都极大地促进下生产力的发展，并引发社会变革，使人类文明前进一大步。引发社会变革，使人类文明前进一大步。草、木材草、木材燃烧燃烧光能、内能光能、内能水、空气水、空气流动流动机械、电能机械、电能设备设备各种形式能各种形式能电、热、光电、热、光【能源定义能源定义】距今约四五十万年前。距今约四五十万年前。1火火的的利利用用一、人类利用能源的历程一、人类利用能源的历程【利用简史利用简史】钻木取火钻木取火（柴薪为主要能源柴薪为主要能源）1818世纪蒸汽机发明后广泛应用。世纪蒸汽机发明后广泛应用。2化化石石能能源源利利用用【利用简史利用简史】蒸汽机的发明蒸汽机的发明（化石能源为主）（化石能源为主）1919世纪发电机发明后开始普及。世纪发电机发明后开始普及。3电电能能的的利利用用【利用简史利用简史】2020世纪世纪4040年代拉开了以核能为代表的新能年代拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。源利用的序幕。4核核能能的的发发现现二、二十一世纪的能源趋势二、二十一世纪的能源趋势【利用简史利用简史】【一次能源一次能源】从自然界从自然界可以直接可以直接获取的能源。获取的能源。例：所有化石燃料、太阳能、风能、水能、核能、例：所有化石燃料、太阳能、风能、水能、核能、地热能、潮汐能等。地热能、潮汐能等。例：电能、煤气等。例：电能、煤气等。【二次能源二次能源】从自然界从自然界不能直接不能直接获取，需要消耗获取，需要消耗 一次能源才能获得的能源。一次能源才能获得的能源。【可再生能源可再生能源】从自然界从自然界可以持续获取可以持续获取的能源。的能源。【不可再生能源不可再生能源】从自然界从自然界不能持续获取不能持续获取的能源。的能源。例：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能。例：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能。例：所有化石燃料、核燃料。例：所有化石燃料、核燃料。按能源的来源分按能源的来源分按一次能源的持续性分按一次能源的持续性分【能源类型能源类型】【常规能源常规能源】已经大规模已经大规模生产和使用的能源。生产和使用的能源。例：水能、煤炭、石油、天然气例：水能、煤炭、石油、天然气【新新 能能 源源】没有大规模没有大规模生产和使用的能源。生产和使用的能源。例：太阳能、风能、地热能、氢能例：太阳能、风能、地热能、氢能【清清 洁洁 能能 源源】对环境对环境污染很小污染很小的能源的能源例：太阳能、水能、风能、核能、地热能例：太阳能、水能、风能、核能、地热能【非清洁能源非清洁能源】对环境对环境污染很大污染很大的能源的能源例：所有化石燃料例：所有化石燃料按能源的使用规模分按能源的使用规模分按能源的使用后果分按能源的使用后果分【能源类型能源类型】【解决途径解决途径】开发新能源。开发新能源。提高能源的利用率。提高能源的利用率。常规能源储量有限，开常规能源储量有限，开 发不合理，浪费严重。发不合理，浪费严重。人类社会发展对能源的人类社会发展对能源的 需求日益增加。需求日益增加。【现状成因现状成因】我国能源供需紧张，制约社会发展。我国能源供需紧张，制约社会发展。优先开发利用优先开发利用核能、太阳能、核能、太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢风能、地热能、潮汐能、氢能能这六种新能源。这六种新能源。一、能源利用与社会发展一、能源利用与社会发展【能源现状能源现状】第二节第二节 核能核能19191919年，英国年，英国卢瑟福卢瑟福用用粒子轰击氮时发现质子。粒子轰击氮时发现质子。19321932年，年，查德威克查德威克发现中子。发现中子。19341934年，意大利物理学家年，意大利物理学家费米费米用用中子中子轰击轰击原子核原子核，发现，发现原子原子 核分裂核分裂产生能量很强。因此获产生能量很强。因此获3838年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。19051905年，著名物理学家年，著名物理学家爱因斯坦爱因斯坦发表了划时代的论文发表了划时代的论文论运论运 动物体的电动力学动物体的电动力学，提出了狭义相对论和著名的，提出了狭义相对论和著名的 核动力公式核动力公式=mc=mc，为核能利用奠定了理论基础。，为核能利用奠定了理论基础。【发现历程发现历程】【重核裂变重核裂变】19391939年，费米进一步提出年，费米进一步提出链式反应的链式反应的概念。概念。核能释放方式核能释放方式二、核能二、核能【开发应用开发应用】即一个重核可裂变为两个中等质量的核，即一个重核可裂变为两个中等质量的核，从而获得原子能。从而获得原子能。v核核裂裂变变可控的：可控的：不可控的：不可控的：核能发电核能发电原子弹原子弹19451945年年7 7月月1616日第一颗原子弹试爆成功。日第一颗原子弹试爆成功。【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】19451945年年8 8月月6 6日，铀弹日，铀弹小男孩小男孩投到投到广岛广岛；“小男孩小男孩”原子弹爆炸地点在原子弹爆炸地点在广岛市中心偏西北处，爆炸威广岛市中心偏西北处，爆炸威力相当于力相当于.8.8万吨炸药万吨炸药，顷刻间产生了顷刻间产生了3030万度的高温，万度的高温，正处于爆炸中心的外科医院所正处于爆炸中心的外科医院所有的人和设施转瞬就化为灰烬，有的人和设施转瞬就化为灰烬，距爆心半径距爆心半径一千米范围内一千米范围内的花的花岗岩都融化了，时速高达五六岗岩都融化了，时速高达五六十千米的强烈冲击波将距爆心十千米的强烈冲击波将距爆心半径半径三千米范围内三千米范围内的所有建筑的所有建筑物，几乎全部摧毁！物，几乎全部摧毁！【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】8 8月月9 9日，钚弹日，钚弹胖子胖子投在投在长崎长崎。在爆心附近，没有留下任何人在爆心附近，没有留下任何人或物的痕迹，只是在地面上隐或物的痕迹，只是在地面上隐约残留着如同人体外形的阴影，约残留着如同人体外形的阴影，广岛全城遍地焦土死尸枕籍相广岛全城遍地焦土死尸枕籍相连。市中心约连。市中心约1212平方千米方圆平方千米方圆几乎被夷为平地，全市几乎被夷为平地，全市76,32876,328幢建筑物中，幢建筑物中，44.844.8万万幢全部被幢全部被毁，毁，2211722117幢半毁，房屋损失达幢半毁，房屋损失达7070，日本官方统计当场死亡日本官方统计当场死亡和失踪人数达和失踪人数达78,15078,150人，伤人，伤51,51,408408人。加上后来因辐射、烧伤人。加上后来因辐射、烧伤而死亡的人数总计而死亡的人数总计246,726246,726人。人。【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】19541954年，苏联建成第一座小型原子能电站。年，苏联建成第一座小型原子能电站。【核电站建设核电站建设】19421942年年费米费米在芝加哥研制核反应堆。在芝加哥研制核反应堆。19561956年，英国建成第一座小型原子能电站。年，英国建成第一座小型原子能电站。19571957年，美国建成第一座小型原子能电站。年，美国建成第一座小型原子能电站。核反应堆：核反应堆：通过受控通过受控核裂变核裂变反应获反应获得核能的装置，可控制裂变得核能的装置，可控制裂变过程中产生的中子数等于各过程中产生的中子数等于各种过程消耗的中子数种过程消耗的中子数,以形以形成稳定的链式反应速度和可成稳定的链式反应速度和可控的核能输出。控的核能输出。【应用方向应用方向】19911991年年,中国建成第一座自主研制的核电站。中国建成第一座自主研制的核电站。秦山核电站秦山核电站田湾核电站田湾核电站三门核电站三门核电站大亚湾核电站大亚湾核电站【应用方向应用方向】【核电站建设核电站建设】对比火力发电站对比火力发电站消耗的消耗的“燃料燃料”少少结构相似，燃料不同结构相似，燃料不同对环境污染小对环境污染小长远看，成本低长远看，成本低自苏联于自苏联于19541954建成世界建成世界上第一座核电站；至今上第一座核电站；至今已有已有3030多个国家和地区多个国家和地区的的400400多座核电站处在多座核电站处在运行之中。运行之中。右图列出右图列出20052005年一些国家核电占年一些国家核电占各自总电力的百分率。各自总电力的百分率。核能的优点与缺点核能的优点与缺点【辨析辨析】【优点优点】【应用方向应用方向】核核废废料料核废料具有核废料具有放射性污染放射性污染，因而建设使用核电站时必，因而建设使用核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。二、核能二、核能【缺点缺点】【应用方向应用方向】核核意外意外19861986年切尔诺贝利核年切尔诺贝利核能电厂，因为运转人能电厂，因为运转人员违法进行极危险的员违法进行极危险的实验，导致爆炸。造实验，导致爆炸。造成乌克兰、白俄罗斯、成乌克兰、白俄罗斯、苏俄地区，至少有苏俄地区，至少有九九百万人百万人受到辐射线影受到辐射线影响，至今尚有数百万响，至今尚有数百万人生活于污染区内。人生活于污染区内。白俄罗斯婴儿白俄罗斯婴儿出生率出生率下降下降50%50%。苏俄地区。苏俄地区儿儿童淋巴癌上升童淋巴癌上升28.5%28.5%。【缺点缺点】【应用方向应用方向】想一想怎样做可以使释放出来的能量更大？想一想怎样做可以使释放出来的能量更大？v核聚变：核聚变：氢弹氢弹核军备竞赛核军备竞赛 盟国冷战开始盟国冷战开始19451945年年8 8月，斯大林下令抓紧研制原子弹。月，斯大林下令抓紧研制原子弹。19491949年年8 8月，苏联成功地进行了核实验。月，苏联成功地进行了核实验。19521952年年1010月月3 3日，英国研制成功原子弹。日，英国研制成功原子弹。19601960年年2 2月月1313日，法国研制成功核弹。日，法国研制成功核弹。19641964年年1010月月1616日，中国试爆成功原子弹。日，中国试爆成功原子弹。如何有效地控制核能，安全和平利用核能呢？如何有效地控制核能，安全和平利用核能呢？19521952年年1111月月1 1日，美国试爆第一颗氢弹。日，美国试爆第一颗氢弹。19531953年年8 8月，苏联研制氢弹成功。月，苏联研制氢弹成功。19671967年年6 6月月1717日，中国试爆成功氢弹。日，中国试爆成功氢弹。原子弹原子弹核核裂变，裂变，氢弹氢弹核核聚变聚变二、核能二、核能【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】【思考思考】第三节第三节 太阳能太阳能【结构特点结构特点】太阳是一颗恒星，与太阳是一颗恒星，与地球相距地球相距1.5亿亿千米，千米，太阳的直径是地球直径太阳的直径是地球直径的的109倍倍多。太阳每秒多。太阳每秒钟照射到地球上的能量钟照射到地球上的能量相当于相当于500万吨万吨煤。天煤。天文学家认为，迄今为止，文学家认为，迄今为止，太阳照耀地球已有太阳照耀地球已有50亿亿年，并且还会继续照耀年，并且还会继续照耀50亿亿年。年。太阳内部的温度高达太阳内部的温度高达1 1千万摄氏度以上，在那里千万摄氏度以上，在那里就进行着大规模的就进行着大规模的核聚变核聚变反应。太阳辐射出的光和反应。太阳辐射出的光和热正是由聚变反应释放的核能转化而来的。热正是由聚变反应释放的核能转化而来的。三、太阳能三、太阳能【产生本质产生本质】地球上的风能、水能、海洋温差能、地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都是来源于太阳；波浪能和生物质能等能源都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。地球上除了下来的太阳能。地球上除了核能、地热能核能、地热能和和潮汐能潮汐能其余几乎都来自太阳。其余几乎都来自太阳。三、太阳能三、太阳能【能源之母能源之母】太阳能十分巨大，供应时间长。太阳能十分巨大，供应时间长。太阳能分布广阔，获取方便。太阳能分布广阔，获取方便。太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。利用太阳能不征收任何利用太阳能不征收任何“税税”，经济划算。，经济划算。地球上太阳能资源的分地球上太阳能资源的分布与各地的布与各地的纬度、海拔纬度、海拔高度、地理状况和气候高度、地理状况和气候条件条件有关。因地而异，有关。因地而异，因时而变，这是开发太因时而变，这是开发太阳能面临的主要问题。阳能面临的主要问题。三、太阳能三、太阳能【利用优势利用优势】【开发难度开发难度】光热转换光热转换A A、如何提高太阳能直接转化内能的效率？、如何提高太阳能直接转化内能的效率？太阳能热水器太阳能热水器太阳灶太阳灶三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】【思考思考】B B、能进一步开发利用这一内能吗？、能进一步开发利用这一内能吗？【结构组件结构组件】聚光装置聚光装置 集热装置集热装置蓄热装置蓄热装置 汽轮发电装置汽轮发电装置光热转换光热转换三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】太阳能热发电系统太阳能热发电系统【工作原理工作原理】太阳能太阳能内能内能机械能机械能电能电能光热转换光热转换三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】思考：思考：太阳能太阳能能否能否直接直接转化转化为电能呢？为电能呢？光电转换光电转换太阳能电池及原理太阳能电池及原理 1887 1887年，赫兹（年，赫兹（M.HertzM.Hertz）首次发现的光照能使）首次发现的光照能使半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后来被称为来被称为 “光伏效应光伏效应”。光电转换实现了太阳能光电转换实现了太阳能直接直接向电能的转化，向电能的转化，再通过蓄电池以化学能的方式储存。再通过蓄电池以化学能的方式储存。三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】【总结总结】19541954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。光电转换光电转换三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】光化转换光化转换光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光的照射下，将光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。光化转换实现了太阳能光化转换实现了太阳能直接直接向化学能的转化。向化学能的转化。三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】【总结总结】四、其他新能源四、其他新能源植物及其加工产品贮存的能量。植物及其加工产品贮存的能量。【生物质能生物质能】理想的可再生能源理想的可再生能源可再生性可再生性低污染性低污染性 广泛的分布性广泛的分布性传统方法是直接燃烧传统方法是直接燃烧合理有效转换是发酵制沼气合理有效转换是发酵制沼气四、其他新能源四、其他新能源【生物质能生物质能】【总结总结】【利用利用】生物质能的优越性。生物质能的优越性。涨涨潮潮储水池储水池退潮退潮水流方向水流方向水流方向水流方向储水池储水池潮汐潮汐发电发电是利用每天是利用每天涨涨潮潮压压退潮造成的退潮造成的水位差水位差，涨涨潮潮时将时将海水海水储存起来储存起来，退，退潮潮后后再再将将海水放出，海水放出，带动带动发电机发电发电机发电。四、其他新能源四、其他新能源【潮汐能潮汐能】
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