資源簡介

(共32張PPT)
能源與可持續發展
第十二章 電能 能量守恒定律
物理
新知導入
為什么要進行垃圾分類？分類后的垃圾都去哪了？
新知講解
一、能量守恒定律
機械能轉化為電能
電能轉化為機械能
太陽能轉化為電能
電能轉化為內能
新知講解
一、能量守恒定律
由前面學習的機械能、電能知識可知，不同形式的能量可以轉化，不同載體的能量可以轉移。做機械運動的物體，僅動能和勢能相互轉化，機械能總量是否會發生變化？電路中，電源將其他形式的能轉化為電能，負載又將電能轉化為其他形式的能，閉合電路的能量可有憑空產生或消失？
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另外一個物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。這個規律叫作能量守恒定律。
新知講解
達芬奇的永動機
馬爾基斯的永動機
歷史上曾有很多科學家致力于設計一種不需要任何動力和燃料，卻能不斷對外做功的“永動機”，最終都以失敗告終，他們失敗的原因又如何？ 違反能量守恒定律
新知講解
既然能量不會憑空消失，只是變化了形式或載體，我們為何還需要節約能源呢？
二、能量轉化和轉移的方向性
冰塊放入水中會自發的緩慢融化，墨水滴入水中會逐漸擴散，這些現象能否逆轉發生？
不會
新知講解
把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。
是否可能發生這樣的現象：原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發地降低，而雞蛋的溫度上升？——雞蛋自然熟？
你還能舉出類似的“不可逆”的實例嗎？
新知講解
二、能量轉化和轉移的方向性
由能量守恒定律可知，能量不能憑空消失，可為什么會有“能源危機”這個說法？節能減排的意義何在？
結合上述“不可逆”現象，小組討論交流
2、能量轉化的方向性
例如：化學能通過燃燒轉化為內能，但是內能不會自發地重新轉化為化學能。
熱量只能從高溫物體傳向低溫的物體，而不能自發的逆向傳遞。
1、能量轉移的方向性
新知講解
火力發電廠把煤中貯存的化學能轉化為電能，供生產和生活用。
我們從石油中提煉出汽油，內燃機把能源中儲備的化學能轉化為汽車的機械能、內能。
實際上在大多數情況下，各種形式的能量最終會轉化為內能，但這些內能卻很難被人類回收利用，這種現象叫做能量耗散。
能量的耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數量上雖未減少，但在可利用的品質上降低了。因此，能源的利用是有條件的，開發利用能源的同時也要付出代價。這就是能源危機的深層次的含義，也是節能減排的意義。
新知講解
不便于利用的能量
便于利用的能量
一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的
新知講解
三、能源的分類與應用
1、不可再生能源
煤炭 石油 天然氣
特點：無法在短期內再生
新知講解
三、能源的分類與應用
新知講解
2、可再生能源
風能 水能 太陽能 潮汐能 地熱能
特點：能夠在短期內重新形成或循環利用
三、能源的分類與應用
典例探究
【例題1】 太陽表面溫度高達6000℃，內部不斷進行核聚變反應，并且以輻射方式向宇宙空間發射出巨大的能量。據估計，每三天太陽向地球輻射的能量，就相當于地球所有礦物燃料能量的總和。太陽能通過四個渠道被利用（轉化和儲存），這四個渠道是：①被植物、微生物吸收；②使大氣和水升騰循環；③被海洋吸收；④被直接利用。你認為以下能源不是由太陽能轉化的是（ ）
A．煤 B．石油 C．天然氣 D．核能
D
【變式訓練1】(多選） 下列屬于可再生的一次能源是（ ）
A．石油 B．煤炭 C．潮汐能 D．太陽能
CD
3、我國的能源開發成就
（1）太陽能發電：中國是全球最大的太陽能光伏產能國，擁有世界上最大的光伏發電站。截至2020年底，中國的光伏發電裝機容量已達到2.4億千瓦，占全球總量的近三分之一。
新知講解
三、能源的分類與應用
（2）水力發電：水能是可再生能源，水電站是利用水能的重要形式。水電對環境的影響比火電小，發電成本低。中國是全球水電裝機容量最大的國家，截止2020年底，中國水電裝機容量達到3.7億千瓦，約占全球總量的28.5%。
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
（3）風能發電：中國是全球最大的風能市場和風力發電機組制造國。截至2020年底，中國的風能裝機容量已超過2.8億千瓦，占全球總量的三分之一以上。
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
（4）核能發電：中國是全球核能發電能力第二大的國家，擁有多個正在運行和建設中的核電站。截至2020年底，中國的核能裝機容量已超過9000萬千瓦。
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
（5）電動汽車：中國是全球最大的電動汽車市場和制造商。截至2020年底，中國的電動汽車保有量已超過500萬輛，占全球總量的40%以上。
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
（6）生物質能：中國是全球最大的生物質能生產國和使用國。截至2020年底，中國的生物質能裝機容量已超過2500萬千瓦。
3、我國的能源開發成就
新知講解
三、能源的分類與應用
（7）氫能：中國在氫能領域取得了一定的突破，包括燃料電池汽車、氫能儲能、氫能發電等方面。
新知講解
能源開發利用與人類發展之間有怎樣的相互制約關系？
小組討論交流
縱觀人類歷史，每次巨大進步，都伴隨著能源利用方式的變革。
柴薪時期
煤炭時期
石油時期
新知講解
四、能源與社會發展
1、溫室效應：溫室效應是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃燒時產生二氧化碳。
冰山熔化，海平面上升
海水倒灌，土地鹽堿化
新知講解
四、能源與社會發展
2、酸雨：大氣中酸性污染物質，如二氧化硫、二氧化碳、氫氧化物等，在降水過程中溶入雨水，使其成為酸雨，煤炭中含有較多的硫，燃燒時產生二氧化硫等物質。
工廠排放廢氣
酸雨破壞森林
新知講解
四、能源與社會發展
3、光化學煙霧:氮氧化合物和碳氫化合物在大氣中受到陽光中強烈的紫外線照射后產生的二次污染物質―――光化學煙霧。
汽車排放尾氣
汽車尾氣對城市的影響
能源既不能過度開發，也不能粗放利用，要追求“發展與資源、環境的平衡”，建立起“可持續發展”的理念。這不僅是科學家和國家領袖的責任，也是每個人的義務。
新知講解
四、能源與社會發展
【例題2】 抽水蓄能電站是利用用電低谷期的多余清潔能源進行抽水，在用電高峰期的時候代替部分火力發電。浙江是抽水蓄能電站已建和在建較多的省份，其中麗水縉云的抽水蓄能電站預計2026年全部投產發電，該電站設計年抽水電量24億千瓦時，設計年發電量為18億千瓦時，大大減少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放，具有顯著的環境效益和經濟效益，被稱為“超級綠色蓄電池”。根據發改委提供的數據為火電廠平均每千瓦時供電耗煤約為320g標準煤，而每噸標準煤產生的二氧化碳為2620kg，則該蓄電站建成后每年可減少二氧化碳的排放量約為（　　）
A．15萬噸 B．150萬噸 C．20萬噸 D．200萬噸
典例探究
解：年發電量為18億千瓦時需耗煤m=18×108×0.32=5.76×108=5.76×105噸，則每年可減少二氧化碳的排放量為M=5.76×105×2620≈1.5×109千克=150萬噸。故B正確。
B
【變式訓練2】 太陽與地球的距離為1.5×1011 m，太陽光以平行光束入射到地面。地球表面 的面積被水面所覆蓋，太陽在一年中輻射到地球表面水面部分的總能量約為1.87×1024J。設水面對太陽的平均反射率為7%，而且將吸收到的35%能量重新輻射出去。太陽輻射可將水面的水蒸發（設在常溫常壓下蒸發1kg水需要2.2×106J的能量），而后凝結成雨滴降落到地面。
（1）估算整個地球表面的年平均降雨量（以mm表示，球面積為4πR2，R取6371km）。
（2）太陽輻射到地球的能量中只有50%到達地面，所以一年中太陽輻射到地球表面水面部分的總能量不能全部到達地面，這是為什么？請說明兩個理由。
答案 （1）1.0×103mm （2）大氣層吸收；大氣層散射、反射；云層遮擋
1.在合理節約能源的同時，還要大力開發新能源，下列能源中不屬于新能源的是（　　）
A．天然氣 B．核能 C．太陽能 D．地熱能
評價反饋
2.(多選)關于“能量耗散”的下列說法中，正確的是（　　）
A．能量在轉化過程中，有一部分能量轉化為內能，我們無法把這些內能收集起來重新利用，這種現象叫作能量耗散
B．能量在轉化過程中變少的現象叫能量耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉化過程中，能量的數量并未減少，但在可利用的品質上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各種能量在不轉化時是守恒的，但在轉化時是不守恒的
A
AC
評價反饋
3.某海灣面積為1.0×107m2，漲潮時水深20m，退潮時水深降至18m。現利用此海灣筑水壩建潮汐水力發電站，利用漲潮（如圖所示）和落潮過程中進出海灣的潮水推動水輪發電機組發電。若重力勢能轉化為電能的效率是10%，每天有兩次漲潮，取海水密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，求該發電站一天能發出多少電能。
答案 8×1010J
課堂小結
1、能量守恒定律
2、能量轉移或轉化的方向性
3、能源的分類與應用
能量耗散和能量品質
能量耗散指能量的品質降低，能量永遠守恒
不可再生能源：煤炭、石油、天然氣等
可再生能源：水能、風能、潮汐能等能源
謝謝大家

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