12.3 水能和风能 导学案-2024-2025学年教科版（2024）八年级下册物理

风能和水能 导学案 一、学习目标: 1.了解水能与风能的概念;了解人类对自然界中水能、风能的开发与应用。 2.能基于水力发电模型,从能量角度分析水力发电的基本原理,并由此推理风力发电的过程。 3.能根据水能与风能的特点,分析比较水能风能优缺点的能力。 二、学习过程 学习任务一:水能及应用 1.观察图片,思考水具有哪种能量? 水能:自然界中的流水具有大量的 能。 2.人们是如何利用水能的? 水力发电的原理:高处的水具有 能,水流到低处时,水的势能转化为水的_能,再由水轮机带动发电机产生_能。 学习任务二:风能及应用 1.观察图片,思考风具有哪种能量? 风能:风具有 能。 2.人们是如何利用风能的? 风力发电的原理:利用风吹动风车叶片旋转,将风能转化为风车叶片的_ 能,再通过发电机或其他机器将_能转化为_能。 学习任务三: 水力发电 三峡水电站是全世界最大的水利枢纽工程,耗资约为2485亿元人民币,历时15年建成。 当三峡电站的32台70万千瓦机组全速运转,每秒钟就有近千吨水流通过水轮机,创造出相当于20座核电站的清洁电能。水轮发电机组的能量转化率可达85%-90%,是火电效率的两倍以上,依靠水循环持续再生,无燃料成本,电价仅为火电的1/5–1/8。 水力发电的综合效益创造了超越能源的价值。新安江水电站形成的千岛湖,年接待游客超800万人次;尼罗河阿斯旺大坝使埃及新增灌溉面积84万公顷;三峡船闸年货运量突破1.4亿吨,相当于6条铁路干线运力。这种“一库多用”特性使水电开发成为区域经济发展的引擎。然而,现代水电发展始终伴随着生态伦理的反思:长江三峡建成后,四大家鱼自然繁殖规模下降70%,迫使工程师在葛洲坝旁建造专用鱼道,并每年实施人工增殖放流千万尾鱼苗。此外,地理与气候条件也是不得不考虑的因素,西藏、青海等高海拔项目,受限于低温缺氧、地质脆弱等因素,可开发站点少。如西藏水电站需特殊防冻设计,施工效率仅为平原地区的50%-60%。 风力发电 据测算,全球可利用风能高达2.74 10⁹兆瓦,是水能资源总量的10倍以上。在中国贵港百花山风电场,这些“擎天柱”年发电量达2.41亿千瓦时,相当于节约标煤10.46万吨,减少二氧化碳排放27.47万吨——这些电能足以满足24万居民的全年度用电需求。更 重要的是,整个过程无需燃烧化石燃料,实现了真正的零碳排放发电。 与传统电站相比,风电项目具有惊人的建设速度。从奠基到并网发电,陆上风电场通常仅需6-12个月。2024年建成的贵港百花山二期风电场,从开工到70.55兆瓦机组并网运行仅用数月,11台巨型风机即刻融入华南电网。运维成本同样令人瞩目:西藏八宿风电场的20台5兆瓦风机,仅需8-10名技术人员即可完成全站运维。 然而,风能利用仍面临自然规律的制约:风力发电的发电效率受风速、风机设计和容量等因素影响,风能转换效率通常在35%-50%之间。能量供