資源簡介

20 . 2
開發新能源
學習目標
知道核能、知道獲取核能的方法以及開發利用的途徑。
02
知道太陽能的特點及利用的途徑。
01
了解風能、海洋能、氫能等其他的新能源。
03
目前，世界能源消耗中90%以上是不可再生能源，不可再生能源到本世紀末，除煤炭外都將開采殆盡，“能源危機” 之說絕不是危言聳聽！
面臨日益逼近的能源危機，我們該如何應對？
1.合理利用現有的傳統能源。
2.大力開發包括太陽能和核能在內的新能源。
太陽能一一永恒的動力之源
太陽是個巨大的能源，它不斷向四周輻射以光和熱為主要形式的能量，其中到達地球表面的太陽輻射功率達 1.7 ×1014 kw (圖20－6)，是我國發電裝機容量(截至2011年底)的 1.7×105倍。
直接利用太陽能不會污染環境，因此它是最具開發價值的能源。
太陽能到達地面后，主要通過如圖所示的四種途徑被吸收或利用。
① 儲量巨大；
② 供應時間長久；
③ 分布廣泛，獲取方便；
④ 安全、清潔、無污染。
太陽能的特點：
(1) 優點：
① 受季節、天氣和地理環境影響較大；
② 太分散；
③ 能量轉換效率低。
(2) 缺點：
利用太陽能的途徑：
（1）被植物、微生物吸收
第一種途徑是通過植物的光合作用把太陽能轉化和儲存起來，再以草木沼氣、煤、石油、天然氣等燃料的形式釋放出來；
太陽能 化學能(生物質能)
光合作用
（2）使大氣、水升騰循環
第二種途徑是通過大氣和水分的升騰循環，再通過風、流水、波浪、海流等釋放出來；
太陽能 機械能
升騰循環
（3）被海洋吸收
第三種途徑是被海洋吸收，成為海洋的內能；
太陽能 內能
（4）直接利用
第四種途徑是被人們直接利用，如太陽能熱水器、太陽灶等。
活動 1
怎樣直接利用太陽能
（a）太陽能熱水器將太陽能直接轉化成內能。
（b）太陽能發電站利用太陽能電池直接將太陽能轉化成電能。
（c）用太陽能制氫，驅動小汽車，將太陽能直接轉化為化學能。
你還知道哪些直接利用太陽能的事例?跟同學交流后，寫在下面的方框中。
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目前，人類根據光電轉換原理，已經成功地研制了多種太陽能電池。太陽光照到半導體材料硅制成的太陽能電池上，便可轉換成電能。這種太陽能電池已廣泛應用在人造衛星、宇宙飛船和空間站中。
太陽能電池
現在，人們正在研究將太空收集到的太陽能，通過微波技術傳回地球供人類使用。總之，隨著科學技術的發展，人類利用太陽能的途徑愈來愈寬，形式也愈來愈多······利用太陽能的前景十分美好。
核能一一造福人類的“神火”
1. 核能
原子核內部蘊藏的巨大能量，叫做原子核能，簡稱核能。原子核是可以改變的，而且在有些改變過程中會釋放出巨大的能量。
(1) 重原子核的裂變(核裂變)
(2) 輕原子核的聚變(核聚變)
2. 釋放核能的方式
核裂變——鏈式反應
核裂變是較重的原子核裂變為較輕的原子核的一種核反應。
科學家研究發現如用中子作為“炮彈”去轟擊鈾核，不僅能使鈾核分裂，同時還會放出2~3個中子及一定量的核能，這2~3個中子又使2~3個鈾核分裂，放出更多的中子，使更多的鈾核裂變······這種鈾核裂變的引發過程叫做鏈式反應。
不加控制的核裂變反應——原子彈爆炸
鏈式反應的發現，使人類實際利用核能成為可能但是，這種反應若不加以控制，在極短時間內將釋放出巨大能量，原子彈爆炸就是這種情況。
如果控制鏈式反應的速度，使核能緩慢的平穩的釋放出來，就能和平利用核能了。能緩慢、平穩地釋放核能的裝置叫核反應堆。
計算表明，1kg 鈾全部裂變釋放的能量，相當于 2700 t 標準煤完全燃燒放出的能量。地球上的其他能源都無法與核能相比。
然而，要安全利用核能，就必須控制產生中子的數量和速度，核反應堆中就有這樣的裝置。
核發電是人類利用核能的主要方式，世界上自1954年第一座核電站建成以來，至今已有很多國家和地區的核電廠在運行。
我國大陸正在運行的核電站有6座，核發電量僅占總發電量的1.8%，目前國家正在制定核電安全規劃和發展規劃。
核能→內能→機械能→電能
核聚變——熱核反應
核聚變是釋放核能的另一種方式。科學家研究發現，在超高溫條件下，可將兩種質量較輕的原子核(如氘和氚)聚合成一個較重的原子核，這種反應叫做核聚變。
核聚變能夠釋放出比核裂變更加巨大的能量。太陽能就是來自于太陽內的核聚變。
氫彈利用的就是聚變在瞬間釋放的能量。
核聚變要求氘和氚具有很高的溫度，在反應過程中要把反應物質加熱到千萬攝氏度以上才能發生大規模的核聚變。因此，聚變反應又稱為熱核反應。
核聚變的威力更大。溫度和壓強越高，熱核反應進行的速度越快。
目前人類還未掌握人工控制核聚變反應速度的方法，因此，還不能和平的利用核聚變。目前核聚變應用只限于核爆炸。
人類正致力于探索控制核聚變的途徑，使熱核反應的能量緩慢地釋放出來。
熱核反應所需要的材料“氘”，在海水中有著豐富的儲量，1L海水中大約有0.03 g的氘，它發生熱核反應時放出的能量大約與燃燒300L汽油放出的能量相當，因此，一旦受控熱核反應得到實現，人類利用能源的結構將發生重大變化。
目前，我國和世界各國都在致力于受控熱核反應的研究，我國的研究成果已位于世界前列。
當今，人類可以利用的一次能源中，約90%是不可再生的化石能源，用一點就少一點。可再生的、潔凈的、潛力巨大的能源，如太陽能、風能、地熱能等的開發僅處于起步階段，要大規模應用還需經歷較長的時間。因此，加快新能源的開發，是人類目前的一項十分重要而又緊迫的工作。
例 題
如圖所示，_____圖是原子核的聚變示意圖，_____圖是原子核的裂變示意圖。(以上兩空填“甲”或“乙”)
乙
甲
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人們正在開發和利用的其他能源有水能、風能和海洋能、地熱能、氫能等新能源。
其他能源
海洋能
浩瀚的海洋覆蓋了地球表面的 71%，它蘊藏著波浪能、海流能、潮汐能、溫差能等，是取之不盡的潔凈能源。
風能
風能是一種清潔、安全、可再生的綠色能源。
利用風能對環境污染少，對生態破壞小，環境效益和生態效益良好，對于人類社會可持續發展具有重要意義。我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約1×109kw，其中，陸地上風能儲量約 2.53×108 kW(以陸地上離地10m高度資料計算)，海上可開發和利用的風能儲量約7.5×108kW。2011年底，我國風力發電機組總裝機約4.7×107 kw，占全國發電總量 1.5%，居世界第一位。
氫能
氫能具有高效、干凈、易貯存、可運輸等特點。
世界上第一顆人造衛星上天和“阿波羅”飛船登月都使用液態氫作為燃料。20世紀，人類已掌握多種制氫工藝，利用太陽能制氫有著廣闊的前景，可以預見，氫能將成為21 世紀的重要能源之一。
課堂小結
隨堂訓練
1.下列關于太陽能的說法中，錯誤的是(　　)
A. 太陽能十分巨大，供應時間長久
B. 太陽能安全、清潔，不會造成環境污染
C. 太陽能分布廣闊，處處可以利用
D. 太陽能到達地面的功率穩定，不會受氣候和季節的影響
D
2．關于核能，下列說法中正確的是 ( )
A．核能很小，無法利用
B．核能巨大，但現在無法利用
C．核動力航母利用的是核能
D．核能可再生的
C
3．關于裂變反應，下列說法中錯誤的是 ( )
A．所有原子核都能發生裂變反應釋放能量
B．裂變反應是原子核吸收中子后發生的
C．原子彈是利用鏈式反應釋放的能量
D．核電站是利用可控鏈式反應釋放的能量
A
4．以下屬于核聚變反應的是 ( )
A．氫彈爆炸
B．原子彈爆炸
C．太陽內部發生的核反應
D．連續發生的劇烈化學反應
AC
自我評價與作業
1. 在直接利用太陽能的技術中，你最感興趣的是哪一種?理由是什么?
在直接利用太陽能的技術中，最感興趣的應該是光—熱轉化，
因為太陽能的熱利用技術還處于發展階段，在目前利用太陽能技術中，比較成熟的是光一熱轉化，
例如，太陽能熱水器，太陽灶等，已經應用于生活中。
2. 在核電站中，從核能到電能，中間經過了哪些形式的能量轉化?
核能發電時，在核反應堆中核能轉化為內能，在汽輪機中內能再轉化為機械能，在發電機中機械能轉化為電能，
所以，核能發電過程中能量轉化順序是：
核能→內能→機械能→電能。
3.太陽能輻射到地球表面的平均功率為 1.7×1014kW，試計算太陽每1h輻射到地球上的總能量是多少? 這些能量相當于多少噸無煙煤完全燃燒所放出的能量?(無煙煤的熱值為3.4×107J/kg)
?
W ＝ Pt ＝ 1.7×1014kW × 1h
＝ 1.7 × 1014kW.h
＝ 1.7×1014 ×3.6 ×106 J
＝ 6.12 × 1020J；
由題知，Q＝W＝mq，所以無煙煤的質量：
?
4. 你認為太陽能、核能、風能、海洋能等新能源中，哪些最可能成為人類未來的理想能源?
最可能成為人類未來理想能源的有：太陽能、風能、海洋能。
其中核能雖然已經投入使用，也比較容易輸送，但是一旦核泄露，將會非常難處理。
課外活動
設計并自制一個簡易太陽能集熱器。
把你的設計方案和設計圖填在下面的方框中。
向同學們展示你自制的太陽能集熱器。比一比，看誰的集熱器效果好。
本課結束

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