4.2 能源 课件 -2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

第四章 能源与可持续发展 4.2 能源 教科版（2019）高中物理必修第三册 目 录 1 2 3 4 新课导入 学习目标 新课讲解 经典例题 5 课堂练习 6 课堂小结 能量守恒定律告诉我们，各种形式的能量可以相互转化，并且转化过程中总量保持不变，为什么我们还要节约能源呢？ 新课导入 一、能量的品质 自然界的各种能量是可以相互转化的，为什么我们说不同的能量有品质高低的不同？ 能量可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体，但能量的转化和转移都是需要一定的条件的。 在自然界，一切自发的过程都有一定的方向性，例： ①地球表面的水都是从高处流向低处，除非由于某种作用而使水具有一定的向上的初速度，从能量转化的观点看，水从高处流向低处，是重力势能转化为动能的过程； ②热量总是从高温物体传向低温物体，或从物体的高温部分传向低温部分，除非有外界的某种作用存在（例如人类使用空调机可以使热量从温度较低的室内传向温度较高的室外， 从人类对能量的利用的角度看，能量是有品质高低之分的，内能（热能）是品质最低的能量。人类在生产、生活、科学研究等活动中消耗的各种能量，最终都将转化为内能而散失到周围的环境中，从而很难再次被人类利用。 热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。 大多数情况下，能量转化为内能。例如，自由摆荡的秋千，摆动振幅越来越小，直到停下来。在这个过程中，秋千的机械能最终转化为内能，而这些内能不可能自发的转化成秋千的机械能。 手握冰块，内能从温度较高的手转移到温度较低的冰块。大量实验表明：热量总是自发地从温度较高的物体转移到温度较低的物体，而不会反过来自发地从温度较底的物体转移到温度较高的物体。 二、能源 能源的分类 1.能源：能够提供人类所需能量的自然资源。 (1)按照基本形态分类 能源通常可分为一次能源和二次能源 ①一次能源：又称为初级能源，是指那些直接取自自然界的未经加工转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物燃料、水流、风力、太阳能、地热能、海洋能等 2.能源的分类 地热能 水能 煤 ②二次能源：是指由一次能源经过加工、转换而形成的能源，如如由原煤而生成的焦炭、煤气，由原油提炼而成的汽油、航空煤油，由各种形式的发电站产生的电能，生产出来的高压蒸气、热水等。 汽油、柴油 电能 (2)按照来源分类 能源通常可分为可再生能源和非可再生能源 ①一次能源中有些具有天然的自我恢复能力，称为可再生能源，如风能、水流能、太阳能、地热能等。 ②另外使用更多的能源在短期内是无法再生的，它们数量有限，越用越少，如煤炭、石油、天然气等都是非再生能源。煤炭、石油、天然气等都是古代的生物经过地质变动深埋在地下，经过亿万年才生成的，又称为化石能源。 它们是远古时代的太阳能而以生物能形式固化下来，又经过地质作用而保存到今天，这些化石能源恰恰是今天人类利用的主要能源。 煤 石油 天然气 一次能源 二次能源 天然气 化石能源 煤 石油 核能 电能 汽油 风能 太阳能 水能 地热能 柴油 化石能源 核能 电能 汽油 风能 太阳能 水能 地热能 柴油 (3)按照目前应用广泛成都分类 能源通常可分为传统能源和新能源 ①如果把瓦特改良蒸汽机作为工业革命的开端，至今已经过去了 200 多年，这期间人类生产、交通、生活中使用的能源主要是煤炭、石油、天然气，即化石能源，它们被称为传统能源。 ②而最近才开始大规模开发利用的能源，则称为新能源。其实新能源中的很多能源并不“新”，例如水流能、风能、太阳能、地热能等，人类很早就已经在利用，但只是作为辅助能源而存在，直到最近才开始重视并大规模开发利用。 其中利用水流能建立大型发电站，把水流能转化为方便使用的电能，开始于19 世纪后期，至今不过 100 多年。而大规模开发利用风能、太阳能等是近几十年的事。 真正的新能源是核能。人类开始认识核能可以说是从1896 年法国物理学家贝克勒尔发现放射性元素开始的，而真正利用核能则要晚很多年。第二次世界大战后期，原子弹研制成功并被使用，而第一座利用核能进行发电的电站，是 20 世纪 50 年代建成的。 三、解决能源问题的出路 截至目前，人类消耗的能源仍以化石能源为主。不管是煤炭、石油还是天然气，它们在地球上储存的数量都是有限的，虽然对于地球上的化石能源到底还能用多少年，科学家们仍有诸多不同的意见和争论，但它们总有用完的一天却是不争的事实。人类的出路何在？ 一方面是节流，另一方面是开源。 节流，就是减少消耗。要改进技术来减少能耗，要做到消耗更少的能源而生产出更多更好的产品。人们日常生活中也要注意节约能源，减少不必要的消耗。更主要的是开源，即开发新能源，以替代传统能源。新能源中包括那些可再生能源，例如太阳能、风能、水流能、海洋能、地热能等。 　　质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。 1.核能 科学家们发现用中子轰击铀235时，铀核会分裂成大小差不多的两部分，这种现象叫做裂变。 　　用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。 （1）核裂变 原子弹 核电站 不控制反应速度 控制反应速度 科学家们发现，某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变。 氢弹 聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生，因此聚变又叫热核反应。 不可控制 （2）核聚变 典例分析 典例分析 典例分析 2．关于核聚变，下列说法正确的是（　　） A．原子核必须在超高温下才能发生聚变 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核聚变 D．目前人类已经建成核电站，利用核聚变发电 A 课堂练习 【解答】 B、自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素（氘与氚），不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误。 C、原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核裂变，故C错误。 D、核电站是利用核裂变发电，故D错误。 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 感谢观看 THANK YOU 【例1】　(多选)能源可划分为一次能源和二次能源。自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源间接制取的能源称为二次能源。以下说法正确的是(　　) A．电能是二次能源　　　 B．水力是二次能源 C．天然气是一次能源 D．焦炉气是一次能源 AC　[电能是二次能源，A正确；天然气和水力都是自然界中现成的能源，是一次能源，B错误，C正确；焦炉气是焦炉厂运作生产时产生的衍生物质，故不是一次能源，D错误。] 1．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是(　　) A．可再生能源，取之不尽，用之不竭 B．不可现生能源，用一点，少一点 C．来自太阳辐射的能源 D．污染环境的能源 C　[煤、石油、天然气属于不可再生能源，用一点，少一点，而且其废弃物以及在利用的过程中所放出的气体对自然界造成了很大的污染，如气车尾气、煤烟、煤渣等；而生物质能源取之不尽、用之不竭，只要合理地应用不会对自然界造成污染。因此，选项ABD是错误的，故C正确。故答案为C。] 2．(多选)以下说法中正确的是(　　) A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．汽油是一种清洁能源 C．水能是可再生能源 D．煤、石油等常规能源是取之不尽，用之不竭的 AC　[煤、石油、天然气是由于树木等经多年埋在地下而形成的，而树木等的生成离不开太阳能，故其最初来源可追溯到太阳能，故A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，故不属于清洁能源，故B错误；水是可以再生的，属于可再生能源，故C正确；煤、石油等常规能源的生成要经历很多年，用完很难再生成，故D错误。] 3．(多选)能源短缺和环境恶化指的是(　　) A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 $$