16.3 能源：危机与希望课件 2024-2025学年物理北师大版九年级全一册

第十六章 粒子和宇宙 第3节 能源：危机与希望 北师大版九年级同步课件 24888 议一议：各种不同的运动形式都存在着什么能量？分别有哪些不同形式的能量在发生相互转化？不同形式的能量之间的相互转化有怎样的规律？ 飞行的飞机 汽车飞越黄河 新知导入 24888 水力发电站 太阳能电池板 大亚湾核电站 风力发电 24888 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； 2.知道能量转化与守恒定律； 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。 学习目标 24888 知识点一：能量转化与守恒定律 能量的转移与转化： 物理现象 现象分析 特征总结 热水袋捂手 热水袋的内能转移到手上 能量的形式不变，能量从一个物体传递给另一个物体的过程，叫能量的转移 夏天用冷水洗脸 身体的内能转移到冷水上 用铁勺子舀热汤时 勺柄烫手 热汤的内能转移到铁勺柄上 新知学习 24888 小孩玩滑滑梯臀部发热 机械能转化为内能 能量的形式发生变化，能量由一种形式转化为另一种形式的过程，叫能量的转化 烟花腾空而起 内能转化为机械能 水力发电站 机械能转化为电能 电动机工作 电能转化为机械能 电池供电 化学能转化为电能 电池充电 电能转化为化学能 24888 能量转化与守恒定律： 能量既不会凭空消失，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。这就是能量转化与守恒定律。 24888 回顾一下，热传递过程中，内能的转移有什么规律？不加热的情况下，凉水能自发的变成热水吗？ 思考 在热传递的过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能自发地向相反方向进行。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。 传递热量 24888 小孩坐在冰车上被沿水平冰面推出去后，由于摩擦的作用，小孩及冰车在冰面上运动得越来越慢，最后停止运动。这个过程中能量转化方向为：机械能转化为内能，小孩和冰车能否自动收集这些内能而让冰车动起来？能量的这种转化说明了什么？ 情景 这些内能不能再自动地收集起来用于驱动冰车 结论： 能量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，即自然进行的能量转化过程是不可逆的。 24888 无论发生能量转化还是转移，能量的总量是不变的。 例如：汽车在刹车时，汽车的速度逐渐减小并最终停止，它的机械能减少了，但总的能量并没有减少。汽车能够刹车是由于汽车轮胎与地面间存在摩擦，在刹车过程中由于摩擦生热，使轮胎的温度升高,轮胎的内能增加，汽车的机械能转化为了内能。轮胎的内能增大后，温度升高，当轮胎的温度高于周围空气的温度时，轮胎对空气放热，轮胎上的部分内能又转移到空气中直至轮胎的温度与空气的温度相同。 对能量转化与守恒定律的理解 24888 1.自然界中的能量 能量的存在形式：能量是与物质及其运动相联系的。对应于不同形式的运动，有不同形式的能量，如机械能、电磁能、内能、化学能等。 知识点二：能量与能源 2.能源 (1)可以为人类提供能量的物质资源叫能源。 (2)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。 24888 (3)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。这些数据看起来会令人很悲观，但自然界存在的能源有一些还没有被我们开发和利用。 煤、石油和天然气等能源人类已经利用了多年，这类能源叫常规能源,这些能源已接近使用的极限。在20世纪人们发现了核能这一新能源，此外，还有太阳能、潮汐能和地热能等新能源。开发利用新能源是解决能源问题的主要出路。 24888 1905年，爱因斯坦以简洁的公式 E=mc2 揭示了物质与能量的关系。1938年，物理学家用中子轰击铀，发现了核裂变,从而发现了一种新的能源一原子核能。 知识点三：物质与能量 1.核能的发现 2.核裂变 (1)用中子轰击铀，使铀这种重原子核分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出巨大的能量，这种现象叫核裂变。 24888 (2)用中子轰击铀原子核,铀核发生裂变，释放出核能，同时产生新的中子，这些中子又会引起其他铀核裂变，这样就使核裂变反应不断进行下去，释放大量核能,这就是链式反应。 24888 (3)核裂变的利用 ①如果核裂变的链式反应是在一瞬间进行的,将在极短的时间内释放出巨大的能量，发生强烈的爆炸。原子弹就是利用这一原理制成的，其爆炸威力巨大，如图所示。 ②核反应堆是核电站的核心，是一种能够控制链式反应的装置。利用核反应堆工作时释放的能量使水汽化，推动蒸汽轮机带动发电机发电，这就是核电站的工作原理。包括我国在内的几十个国家都已建成核电站，人类开始和平利用核能。 24888 (4)①核电站发电过程中能量的转化情况:核能>内能>机械能→电能。 ②核电站的特点 a.消耗的燃料少、废渣少； b.特别适合缺少煤、石油和水力资源的地方。 秦山核电站 24888 3.核聚变 (1)较轻的原子核聚合成较重的原子核，也能释放出能量，这种反应称为核聚变。如氘核（ ）和氚核（ ）在极高的温度下可聚合成氦核（ ），同时释放出比核裂变更巨大的能量，如图所示。 24888 (2)核聚变的应用:氢弹就是利用原子弹爆炸产生的高温，使氘核和氚核极其迅速地聚变成氦核而产生强烈爆炸的。 (3)核聚变的应用前景：同样质量的核聚变释放的能量要比核裂变多4倍以上，核聚变所需原料氘核，在海水中含量丰富，一旦实现了核聚变能的和平、可控地开发利用，就是找到了“取之不尽，用之不竭”的能源。但目前“受控热核反应”还停留在实验阶段。 24888 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.按照产生方式(是否从自然界直接获取)可分为一次能源和二次能源。 能直接从自然界获取的能源称为一次能源。如：化石能源、水能、风能等。 煤 风能 水能 知识点四：科学与人类 24888 由一次能源经过加工得到的能源称为二次能源，如电能等。 水力发电 24888 2.按照是否再生可分为可再生能源和不可再生能源。 不可以从自然源源不断地得到的能源称为不可再生能源。 如化石能源、核能等能源会越用越少。 煤 石油 天然气 24888 可以从自然源源不断地得到的能源称为可再生能源。 如太阳能、风能、水能等。 24888 3.21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。 4.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。 因此，我们应该树立科学发展观，在利用科学技术改善生活的同时，也要注意避免因滥用技术而导致的社会问题，促使人类社会全面、协调、可持续地发展。 24888 5..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。 6.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。 24888 课堂小结 24888 1.解决能源问题的主要措施是( ) A.大力开发新能源 B.大量利用太阳能、地热能 C.大量利用水能、风能 D.采用新技术、新设备，更新落后的技术装备 A 随堂练习 24888 2.下列关于核能的说法正确的是( ) A.物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能 B.到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变 C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变和聚变的原理制成的 D.自然界只有在人为的条件下才会发生裂变 C 24888 3.关于能量和能源的利用，下列说法中正确的是（ ） A.化石能源、水能、风能均是可再生能源 B.目前的核电站都是利用核裂变释放的能量来发电的 C.太阳能无法被人类直接利用 D.因为能量是守恒的，所以不存在能源危机 B 24888 $$