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第二十二章 能源與可持續(xù)發(fā)展
第二十二章 能源與可持續(xù)發(fā)展
第1節(jié) 能源
歷史上許多民族都將太陽作為頂禮膜拜的神明。如果沒有太陽，地球就會處在黑暗和冰冷的長夜中，也不會孕育出任何生命。
實際上，宇宙中除了太陽還有無數(shù)的恒星，那些恒星離我們非常遙遠，所以看起來沒有太陽那么大、那么亮。太陽是離地球最近的一顆恒星。許多恒星比太陽還大。每顆恒星都在釋放巨大的能量，它們每時每刻都在向外輻射著驚人的光和熱 。
太陽和其他恒星為什么會輻射如此巨大的能量？人類利用的能量都是由太陽提供的嗎？人類使用的能量是無窮無盡的嗎？讓我們在本章中一起探索這些有趣的問題吧！
1. 人類利用能源的歷程
2. 21世紀的能源趨勢
學習內容導覽
第1節(jié) 能源
學習目標
1. 能列出不同歷史時期人類利用的主要能源。
2. 結合實例，說出能源與人類生存和社會發(fā)展的關系。
3. 了解什么是一次能源、二次能源及其特點。
4. 了解我國和世界的能源狀況以及21世紀的能源趨勢。
第1節(jié) 能源
1. 復習——回憶能量的概念
①什么是能量？
②你學過的能量中有哪些形式？
機械能
內能
電能
化學能
……
能量的形式
能量是物體做功本領的量度
我們生活、生產中離不開能量。例如在生活中，燒飯、取暖、照明中都需要利用能量；在生產中如金屬的冶煉、機器的運轉、汽車和火車等交通工具的行駛也需要能量。
2. 能量
2012年7月4日，三峽水電站32臺機組全部投入工作。自2003年三峽工程正式開始發(fā)電，到2012年7月，三峽電站發(fā)電量累計達到5 648億千瓦時，相當于從滾滾長江中撈起了近2億噸標準煤，減排二氧化碳4億噸、二氧化硫500多萬噸。
3. 三峽水電站
三峽水電站是世界上最大的水力發(fā)電站，它通過提高上游的水位增加水的勢能，高水位的水向下流，使水輪機轉動并帶動發(fā)電機發(fā)電，從而向人們提供電能。
想一想：我們生活、生產中用的這些能量它們來源于哪里？我們利用了哪些種類的能源？
生產和生活中利用的這些能量，是通過不同的能源提供的。今天我們一起了解能源的利用和發(fā)展歷史。
4. 能源
第1節(jié) 能源
一、人類利用
能源的歷程
一、人類利用能源的歷程
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
四、動手動腦學物理
五、課堂練習
本節(jié)課學習流程
第1節(jié) 能源
（1）物質的運動和相互作用的方式多種多樣，每種運動形式都對應相應的能量。
（2）常見的能量：如機械能、內能、化學能、電能、核能等。
2. 能源
能夠提供能量的物質資源叫做能源。
生產和生活中利用的各種能量，是通過不同的能源提供的。各種能源的廣泛利用，極大地促進了人類文明的發(fā)展。
1. 能量
一、人類利用能源的歷程
3. 常見的能源
（1）化石能源
①我們使用的煤、石油、天然氣，是千百萬年前埋在地下的動、植物經(jīng)過漫長的地質年代形成的，所以稱為化石能源。
一、人類利用能源的歷程
②化石能源的形成示意圖
巖石
巖石
巖石
巖石
褐煤
煤
動、植物化石
煤
轉化
一、人類利用能源的歷程
③化石能源是當今世界的主要能源
使用化石能源的交通工具：貨車、輪船、飛機、汽油機、柴油機等。
一、人類利用能源的歷程
（2）生物質能
由生命物質提供的能量稱為生物質能。生物質能可以理解為生物機體物質發(fā)生化學變化時釋放的能量。例如，食物分解和柴薪燃燒等都提供了生物質能。
一、人類利用能源的歷程
（3）太陽能
由太陽輻射提供的能量。
一、人類利用能源的歷程
（4）水能、風能
由自然界中的流水和風提供的能量。
一、人類利用能源的歷程
（5）地熱能
由地球內部提供的一種內能。
一、人類利用能源的歷程
新西蘭陶波菲爾德地熱發(fā)電站
（6）電能
由其他形式的能轉化而成的供各種用電器使用的能源叫做電能。
為什么我們要使用電能，不直接使用石化能源呢？
① 電能便于輸送。
一、人類利用能源的歷程
②電能便于轉化
電能通過用電器可以比較方便地轉化為機械能、化學能光能、內能等其他形式的能量，為人類所用。
一、人類利用能源的歷程
電能
內能光能
轉化
內能
機械能
轉化
化學能
轉化
轉化
4. 人類利用能源的歷程
能源利用 歷程 代表事件 能源利用簡介 意義 能量
轉化
火的利用
鉆木取火是從利用自然火到利用人工火的轉變，開啟了以柴薪作為主要能源的時代。現(xiàn)在，柴薪仍是某些地區(qū)的重要生活能源.
蒸汽機的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑。人類從此逐步以機械動力大規(guī)模代替人力和畜力，直接導致了第二次能源革命。化石能源是當今世界的主要能源，推動了化石燃料工業(yè)的興起，使人類進入工業(yè)化社會.
第一次能源
革命的標志，
第一次使人支配了一種自然力
第二次能源革命的標志，引發(fā)了世界性的工業(yè)革命
化學能→內能
化學能→內能→機械能
蒸汽機的應用
鉆木取火
一、人類利用能源的歷程
化石能源的利用
能源利用 歷程 代表事件 能源利用簡介 意義 能量
轉化
電能的 利用
19世紀以來，電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，發(fā)明了發(fā)電機，使煤、石油等化石能源轉換成更加便于輸送和利用的電能。電能最終通過用電器轉化為光能、內能、機械能等其他形式的能，為人類所用.
20世紀40年代，科學家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——核反應堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕
電能的利用是人類進人現(xiàn)代文明社會的標志
第三次能源革命的標志，開始了開發(fā)和利
用核能的新紀元
機械能→電能
核能→電能
核能發(fā)電
一、人類利用能源的歷程
電能支撐的城市
核能的
利用
（1）一次能源
像化石能源這樣可以直接從自然界獲得的能源稱為一次能源。
化石能源（煤、石油、天然氣）都是一次能源，其他常見的一些能源：風能、水能、太陽能等也都是一次能源。
　5. 一次能源與二次能源
一、人類利用能源的歷程
常見的一次能源：地熱能、核能等。
地熱能
核能
一、人類利用能源的歷程
（2）二次能源
①無法從自然界直接獲取，必須通過消耗一次能源才能得到的能源稱為二次能源。
②常見的二次能源：電能，因為電能是消耗一次能源得到的。
風能發(fā)電
風能
水能
水力發(fā)電
電能
一、人類利用能源的歷程
光發(fā)電時，把光能轉化為電能。因為光能是一次能源，消耗一次能源才能得到電能，所以電能是二次能源。
光能
電能
轉化
光發(fā)電
一、人類利用能源的歷程
其他常見的二次能源：汽油、柴油、酒精等。
汽油
貨車使用的柴油
酒精
一、人類利用能源的歷程
分類 概念 實例
一次能源
可直接從自然界獲得的能源
太陽能、電能、風能、水能、潮汐能、地熱能等
化石能源、風能、水能、太陽能、地熱能、核能、潮汐能等
煤、石油、柴薪等
一、人類利用能源的歷程
二次能源
無法從自然界直接獲取，必須通過消耗一次能源才能得到的能源
電能、酒精、木炭、煤氣、柴油、液化氣、沼氣、氫氣、汽油等
按照對環(huán)
境的影響
清潔能源
污染能源
使用時對環(huán)境沒有污染或污染較輕的能源
使用時對環(huán)境污染較重的能源
按照人類開發(fā)早晚
新能源
常規(guī)能源
人類已經(jīng)利用多年的能源
人類新近才開始利用的能源
煤、石油、天然氣及水能等
核能、太陽能、潮汐能、地熱
能、風能、生物質能等
　6. 總結——能源的分類
按照獲
取方式
【例題1】凡是能提供________的物質資源叫做能源。現(xiàn)有煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、核能以及電能。在這些能源中屬于化石能源的有____________________；屬于一次能源的有_____________________________________________ ；屬于二次能源的有_______ 。
凡是能提供能量的物質資源叫做能源。這些能源中，化石能源有：煤、石油、天然氣。
一次能源有：煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、核能。
二次能源是指無法從自然界獲取，必須通過一次能源的消耗才能得到的能源，如電能等。
煤、石油、天然氣
一、人類利用能源的歷程
電能
能量
煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、核能
二、21世紀的
能源趨勢
一、人類利用能源的歷程
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
四、動手動腦學物理
五、課堂練習
本節(jié)課學習流程
第1節(jié) 能源
右表所示是把全世界的能源消耗量折合成熱值為2.93×107J/kg的標準煤來計算后與年代的關系，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？
1950年為26億噸，1987年為110多億噸，2003年接近140億噸，2007年達到160億噸，兩個多世紀以來，人類能源消耗急劇增長。
二、21世紀的能源趨勢
1. 能源危機
已探測的數(shù)據(jù)表明，目前作為人類主要能源的化石能源儲量并不豐富，而且化石能源開發(fā)利用后不能再生，如果長期大規(guī)模開采，不久的將來會消耗殆盡，所以開發(fā)新能源、更好地利用已知能源，是全球范圍內的重要課題。
2. 解決能源問題的出路——開發(fā)使用新能源
二、21世紀的能源趨勢
在物理學的發(fā)展過程中，隨著對機械能認識的不斷深入，風能和水能逐漸得到了較為廣泛的應用。而隨著科學家對物質結構研究的不斷深入，20世紀40年代，科學家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——核反應堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕。
（1）新能源
指人類新近才開始利用的能源。例如，核能、太陽能、潮汐能、地熱能、風能、生物質能等都屬于新能源。
（2）核能發(fā)電示意圖
核反應堆
水在核反應堆中心循環(huán)流動，吸收在核反應中產生的熱量，并將這部分內能傳遞給蒸汽發(fā)生器內的水。
蒸汽推動發(fā)電機運轉，將蒸汽的機械能轉化為電能.
吸收了熱量的水汽化變成蒸汽
二、21世紀的能源趨勢
3. 《科學·技術·社會——石油危機和能源科學》
（1）石油危機
石油是世界上許多國家的主要能源。盛產石油的中東國家是發(fā)達國家主要的石油供應國。
1973年爆發(fā)了第四次中東戰(zhàn)爭，由此引發(fā)了西方國家第一次石油危機。1980年，中東兩個石油大國伊朗和伊拉克之間爆發(fā)戰(zhàn)爭，兩伊戰(zhàn)爭猛烈沖擊世界石油市場，引發(fā)了第二次石油危機。在此之后，1990年由于伊拉克攻占科威特引發(fā)了第三次石油危機。
二、21世紀的能源趨勢
（2）能源科學
石油危機在全球范圍內引起了人們對能源問題的思考。例如，以石油作為經(jīng)濟發(fā)展的支柱是否可靠？以化石燃料為主的能源結構還能支撐多久？由能源問題引發(fā)的能源科學的崛起，是人類進步的又一表現(xiàn)。它不僅研究能源的開發(fā)、利用和保護，而且還研究涉及生態(tài)環(huán)境、人口控制、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等一系列重大問題。
二、21世紀的能源趨勢
【例題2】如圖分別是某一年中國與世界能源消耗結構圖，從圖和所學的知識可知（ ）
A．在這一年中國水電消耗的比例比世界的大
B．世界消耗的能源以化石能源為主
C．因為煤炭是二次能源，所以中國以煤炭為主要能源
D．多燒煤少用天然氣符合建設生態(tài)文明城市的要求
B
二、21世紀的能源趨勢
世界能源消耗
中國能源消耗
A．在這一年中國水電消耗的比例為5.9%，比世界的（6.4%）小；該選項錯誤。
B．世界消耗的能源以化石能源為主；該選項正確。
C．煤炭是一次能源，所以該選項錯誤。
D．多燒煤少用天然氣，污染嚴重，不符合建設生態(tài)文明城市的要求，該選項錯誤。
故選B。
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
一、人類利用能源的歷程
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
四、動手動腦學物理
五、課堂練習
本節(jié)課學習流程
第1節(jié) 能源
能 源
能源分類
能源：能夠提供能量的物質資源叫做能源.
①鉆木取火：開啟了以柴薪作為主要能源的時代.
②蒸汽機：是人類利用能量的新里程碑.
③核能：拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕.
①按照人類開發(fā)早晚分：常規(guī)能源、新能源.
②按照能否從自然界直接獲取分：
一次能源、二次能源.
③按照對環(huán)境的影響分：清潔能源、污染能源.
能源危機；開發(fā)新能源.
21世紀的
能源趨勢
三、課堂總結（1）
能 源
人類利用
能源的歷程
四、動手動腦學物理
一、人類利用能源的歷程
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
四、動手動腦學物理
五、課堂練習
本節(jié)課學習流程
第1節(jié) 能源
四、動手動腦學物理
1. 以下列出了各種形式的能源：柴薪、煤、石油、天然氣，風能、水能、電能、太陽能、地熱能。在這些能源中哪些是化石能源？哪些是一次能源？哪些是二次能源？請?zhí)钤谝韵卤砀裰小?br/>煤、石油、天然氣
柴薪、煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能
電能
四、動手動腦學物理
2. 蒸汽機的發(fā)明對人類利用能源有什么意義？電能的廣泛使用對人類利用能源有什么意義？
蒸汽機的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑，人類從此逐步以機械動力代替人力和畜力，主要能源由柴薪轉向煤炭。電能的利用是人類進入現(xiàn)代文明社會的標志。現(xiàn)代社會離不開各種各樣的用電器，這些用電器可以很方便地將電能轉化為人類所需要的其他各種形式的能量，并且電能便于輸送和轉化。
四、動手動腦學物理
3. 根據(jù)你的了解，說出你家庭近幾十年能源使用的變化。要求說明能源形式的變遷情況和人均能源消耗數(shù)量的變化情況。
我國的家用燃料主要種類：50~60年代以柴草為主；60~70年代以煤炭為主；70~90年代出現(xiàn)了液化石油氣；現(xiàn)在城市主要的家用燃料是管道天然氣。
除燃料外，電能的普及、利用率也在不斷攀升，新型太陽能、風能等清潔能源也在不斷進入千家萬戶。
2020年，我國人均能源消費量3531千克標準煤，比2012年增長18.9%，年均增長2.2%。2020年，我國人均生活用能456千克標準煤，比2012年增長46.2%，年均增長4.9%；人均生活電力消費量年均增長7.3%，人均生活液化石油氣消費量年均增長6.7%，人均生活天然氣消費量年均增長8.1%。
五、課堂練習
一、人類利用能源的歷程
二、21世紀的能源趨勢
三、課堂總結
四、動手動腦學物理
五、課堂練習
本節(jié)課學習流程
第1節(jié) 能源
1．下列能源中，屬于二次能源的是（ ）
A．煤 B．汽油 C．太陽能 D．石油
B
所謂一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉換的各種能量和資源，它包括：原煤、原油、天然氣、核能、太陽能、水力、風力、波浪能、潮汐能、地熱、生物質能和海洋溫差能等等． 由一次能源經(jīng)過加工轉換以后得到的能源產品，稱為二次能源，例如：電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等等．故ACD錯誤．
五、課堂練習
所以選B。
2. 下列不屬于新能源開發(fā)利用的是（　　）
A．風能發(fā)電 B．太陽能發(fā)電
C．火力發(fā)電 D．潮汐能發(fā)電
ABD．風能、太陽能、潮汐能是新能源，所以風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電屬于新能源開發(fā)利用，故ABD不符合題意；
C．火力發(fā)電使用的燃料是煤炭，煤炭屬于常規(guī)能源，所以火力發(fā)電不屬于新能源開發(fā)利用，故C符合題意。
C
所以選C.
五、課堂練習
3．當今世界的主要能源是_________ ，人們最方便的能源是______ .
當今世界最主要的能源煤、石油和天然氣，它們都屬于化石能源；最方便的能源是由其它能源轉化來的電能．人們幾乎已經(jīng)離不開電．
電能
五、課堂練習
化石能源
4. 人類的發(fā)展離不開能源，“碳達峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴承諾。為了保護地球這個人類共同的家園，下列能源中哪一種是我們更應該去積極開發(fā)和利用的？（　　）
A．煤 B．石油 C．天然氣 D．太陽能
為了保護地球這個人類共同的家園，我們應當積極開發(fā)新能源、清潔型能源，煤、石油、天然氣屬于化石能源，污染型能源；太陽能屬于新能源、清潔型能源。
D
所以選D.
五、課堂練習
5．如圖所示是由大量反射鏡組成的太陽能發(fā)電裝置，圖中各個反射鏡由計算機控制，使反射的太陽光聚集在塔頂?shù)募療崞鳎ㄥ仩t）上，集熱器中的水變成水蒸氣后推動汽輪機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。
（1）該太陽能發(fā)電站發(fā)電時，將光能轉化為_______能，太陽能是___________（選填“一次能源”或“二次能源”）；
（2）這個裝置中反射鏡的作用是改變______；
（3）10kW h的電能，如果由熱電轉化效率為30%的熱電廠來供電，需要完全燃燒煤_______kg。
（煤的熱值q煤＝3×107J/kg，
1kW h＝3.6×106J）
五、課堂練習
一次能源
4
光的傳播方向
電
（1）太陽能發(fā)電是將太陽能轉化為電能，太陽能是可以從自然界源源不斷地得到的能源，故稱之為一次能源。
（2）由題意可知該裝置中的反射鏡，將照射在其上面的太陽光反射到塔頂?shù)募療崞鳎ㄥ仩t）上，所以反射鏡的作用是改變了光的傳播方向。
（3）電能
煤完全燃燒放出的熱量
煤的質量
五、課堂練習
6. 2022年11月25日，國內首臺自主研制F級50兆瓦重型燃氣輪機正式完工，標志著我國在重型燃氣輪機領域完成了從無到有的突破。
（1）燃氣輪機______（選填“屬于”或“不屬于”）熱機。
（2）F級聯(lián)合循環(huán)一小時發(fā)電量可達7萬千瓦時，則該過程中其功率為______W，產生的電能是______（選填“一”或“二”）次能源。燃氣輪機工作壓強為18個大氣壓，該環(huán)境下手掌面積大小的零件上受到的壓力約為______N（選填“2×102、2×103或2×104）。
（3）已知F級燃氣輪機的單循環(huán)熱效率可達38%，E級燃氣輪機的單循環(huán)熱效率為34%。某裝備E級燃氣輪機的驅逐艦進行一次巡航任務需要消耗燃油760t，若改裝成F級燃氣輪機可節(jié)約燃油_____ t。
2×104
五、課堂練習
屬于
7×107
二
80
（1）燃氣輪機工作時將內能轉化為機械能，所以屬于熱機。
（2）燃氣輪機的功率
電能必須通過一次能源例如機械能、內能的消耗才能得到，是二次能源。
手掌的面積約為
該環(huán)境下手掌面積大小的零件上受到的壓力
（3）已知兩種發(fā)動機做的有用功相等，所以
若改裝成F級燃氣輪機可節(jié)約燃油
五、課堂練習

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