資源簡介

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第四章 能源與可持續發展
4.2 能源
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
能量守恒定律告訴我們，各種形式的能量可以相互轉化，并且轉化過程中總量保持不變，為什么我們還要節約能源呢？
新課導入
一、能量的品質
自然界的各種能量是可以相互轉化的，為什么我們說不同的能量有品質高低的不同？
能量可以從一種形式轉化為另一種形式，也可以從一個物體轉移到另一個物體，但能量的轉化和轉移都是需要一定的條件的。
在自然界，一切自發的過程都有一定的方向性，例：
①地球表面的水都是從高處流向低處，除非由于某種作用而使水具有一定的向上的初速度，從能量轉化的觀點看，水從高處流向低處，是重力勢能轉化為動能的過程；
②熱量總是從高溫物體傳向低溫物體，或從物體的高溫部分傳向低溫部分，除非有外界的某種作用存在（例如人類使用空調機可以使熱量從溫度較低的室內傳向溫度較高的室外，
從人類對能量的利用的角度看，能量是有品質高低之分的，內能（熱能）是品質最低的能量。人類在生產、生活、科學研究等活動中消耗的各種能量，最終都將轉化為內能而散失到周圍的環境中，從而很難再次被人類利用。
熱量自發地由高溫物體向低溫物體傳遞的過程是不可逆的。
大多數情況下，能量轉化為內能。例如，自由擺蕩的秋千，擺動振幅越來越小，直到停下來。在這個過程中，秋千的機械能最終轉化為內能，而這些內能不可能自發的轉化成秋千的機械能。
手握冰塊，內能從溫度較高的手轉移到溫度較低的冰塊。大量實驗表明：熱量總是自發地從溫度較高的物體轉移到溫度較低的物體，而不會反過來自發地從溫度較底的物體轉移到溫度較高的物體。
二、能源 能源的分類
1.能源：能夠提供人類所需能量的自然資源。
(1)按照基本形態分類
能源通常可分為一次能源和二次能源
①一次能源：又稱為初級能源，是指那些直接取自自然界的未經加工轉換的能源，如原煤、原油、天然氣、生物燃料、水流、風力、太陽能、地熱能、海洋能等
2.能源的分類
地熱能
水能
煤
②二次能源：是指由一次能源經過加工、轉換而形成的能源，如如由原煤而生成的焦炭、煤氣，由原油提煉而成的汽油、航空煤油，由各種形式的發電站產生的電能，生產出來的高壓蒸氣、熱水等。
汽油、柴油
電能
(2)按照來源分類
能源通常可分為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復能力，稱為可再生能源，如風能、水流能、太陽能、地熱能等。
②另外使用更多的能源在短期內是無法再生的，它們數量有限，越用越少，如煤炭、石油、天然氣等都是非再生能源。煤炭、石油、天然氣等都是古代的生物經過地質變動深埋在地下，經過億萬年才生成的，又稱為化石能源。
它們是遠古時代的太陽能而以生物能形式固化下來，又經過地質作用而保存到今天，這些化石能源恰恰是今天人類利用的主要能源。
煤
石油
天然氣
一次能源
二次能源
天然氣
化石能源
煤
石油
核能
電能
汽油
風能
太陽能
水能
地熱能
柴油
化石能源
核能
電能
汽油
風能
太陽能
水能
地熱能
柴油
(3)按照目前應用廣泛成都分類
能源通常可分為傳統能源和新能源
①如果把瓦特改良蒸汽機作為工業革命的開端，至今已經過去了 200 多年，這期間人類生產、交通、生活中使用的能源主要是煤炭、石油、天然氣，即化石能源，它們被稱為傳統能源。
②而最近才開始大規模開發利用的能源，則稱為新能源。其實新能源中的很多能源并不“新”，例如水流能、風能、太陽能、地熱能等，人類很早就已經在利用，但只是作為輔助能源而存在，直到最近才開始重視并大規模開發利用。
其中利用水流能建立大型發電站，把水流能轉化為方便使用的電能，開始于19 世紀后期，至今不過 100 多年。而大規模開發利用風能、太陽能等是近幾十年的事。
真正的新能源是核能。人類開始認識核能可以說是從1896 年法國物理學家貝克勒爾發現放射性元素開始的，而真正利用核能則要晚很多年。第二次世界大戰后期，原子彈研制成功并被使用，而第一座利用核能進行發電的電站，是 20 世紀 50 年代建成的。
三、解決能源問題的出路
截至目前，人類消耗的能源仍以化石能源為主。不管是煤炭、石油還是天然氣，它們在地球上儲存的數量都是有限的，雖然對于地球上的化石能源到底還能用多少年，科學家們仍有諸多不同的意見和爭論，但它們總有用完的一天卻是不爭的事實。人類的出路何在？
一方面是節流，另一方面是開源。
節流，就是減少消耗。要改進技術來減少能耗，要做到消耗更少的能源而生產出更多更好的產品。人們日常生活中也要注意節約能源，減少不必要的消耗。更主要的是開源，即開發新能源，以替代傳統能源。新能源中包括那些可再生能源，例如太陽能、風能、水流能、海洋能、地熱能等。
　　質量較大的原子核發生分裂或者質量較小的原子核相互結合時，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。
1.核能
科學家們發現用中子轟擊鈾235時，鈾核會分裂成大小差不多的兩部分，這種現象叫做裂變。
　　用中子轟擊鈾235原子核，鈾核在分裂時，會釋放出核能，同時還會產生幾個新的中子，這些中子會繼續轟擊其他鈾核。于是就導致一系列鈾核持續裂變，并釋放出大量核能，這就是裂變中的鏈式反應。
（1）核裂變
原子彈
核電站
不控制反應速度
控制反應速度
科學家們發現，某些質量較小的原子核結合成質量較大的原子核時，也能釋放出核能，這種現象叫做核聚變，簡稱聚變。
氫彈
聚變需要在幾百萬攝氏度的高溫下才能發生，因此聚變又叫熱核反應。
不可控制
（2）核聚變
典例分析
典例分析
典例分析
2．關于核聚變，下列說法正確的是（　　）
A．原子核必須在超高溫下才能發生聚變
B．任何兩個原子核都可以發生聚變
C．原子彈爆炸時釋放的巨大能量來自核聚變
D．目前人類已經建成核電站，利用核聚變發電
A
課堂練習
【解答】
B、自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素（氘與氚），不是任意的原子核就能發生核聚變，故B錯誤。
C、原子彈爆炸時釋放的巨大能量來自核裂變，故C錯誤。
D、核電站是利用核裂變發電，故D錯誤。
課堂練習
課堂練習
課堂練習
課堂練習
課堂練習
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