初中物理第3节 能源与可持续发展课文配套ppt课件

这是一份初中物理第3节 能源与可持续发展课文配套ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了为什么会有能源危机，科学与人文，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
图17-3-1所示为中国制造的EAST装置（东方超环），被称为中国的“人造太阳”，科学家们正在进行这种可控核聚变技术的研究。之所以称它为“人造太阳”，是因为它的反应原理和太阳内部的反应类似。“人造太阳”是解决人类能源危机的一条新途径吗？
人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的。使用能源的过程中，虽然能量的总量并未改变，但能量的利用价值却在降低。机械在工作的时候，部件之间必然相互摩擦，摩擦产生的热量耗散在环境中，这部分能量难以再被利用；发电厂生产的电能通过输电线传输（图17-3-2），输电线会发热，部分电能转化为内能，这部分内能也不能自发地转化为电能为人们所利用。大量事实表明，能量的利用效率不可能达到100%。
自然界中有些能源可以源源不断地得到补充，或能在较短周期内再生，比如风能、水能、太阳能等，这些能源称为可再生能源（renewable energy surce）。但有些能源的形成需要漫长的时间，越用越少，也不能在短期内从自然界得到补充，比如煤、石油、天然气都是古代生物的残骸通过长期的地质变迁形成的，这类能源称为不可再生能源（nn-renewable energy surce）。
作为人类生存和发展的重要物质基础，煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪以来人类文明的进步和社会经济发展。然而这些能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使它们正在逐渐枯竭，由此带来了与此相关的能源危机问题。能源是环境的一部分，节约能源本身就是对环境的保护。日常生活中，我们可以从节约用水、节约用电、减少使用一次性餐具等力所能及的小事做起，节约能源保护环境。
为什么要发展清洁能源？
化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素。如图17-3-3所示，大量化石能源的消耗，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强，导致全球气候变暖。同时，化石能源消耗过程中还带来了大量的有害气体和烟尘排放，也是造成大气污染的重要原因。
从世界范围看，今后相当长时期内，煤炭、石油等化石能源仍将是能源供应的主体。我国已经开始统筹化石能源开发利用与环境保护，加快建设先进生产能力，淘汰落后产能，大力推动化石能源清洁发展，实现节能减排，保护生态环境，应对气候变化。
常见的清洁能源有哪些？
通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、太阳能、地热能等。核能　核能是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变所释放的巨大能量。
20世纪30年代，科学家们发现用中子轰击铀核，能使其分裂成几个中等质量的核，同时释放巨大的能量（图17-3-4）。原子核裂变时，不但会释放巨大的能量，还会伴随2～3个中子产生，新的中子又会使其他原子核继续裂变。如果核裂变
反应不加以控制，会瞬间爆发出巨大的能量，无法应用于生产生活。
图17-3-5所示为江苏连云港田湾核电站。核电站中具有可以控制核裂变反应的装置，使核能有控制地释放，从而能稳定地发电。
与常规的火力发电相比，核能发电不会排放出大量有害气体。但核电站使用的核燃料及产生的核废料都具有放射性，放射性材料或其释放的核辐射一旦泄漏，会严重地污染环境，所以核电站都建有多层防护外壳，核废料也要妥善地处理。较轻的原子核在一定条件下能聚合成较重的原子核，同时会释放巨大的能量。20世纪50年代，世界上第一颗氢弹爆炸，其瞬间产生的巨大能量震惊世界。科学家们希望可以控制核聚变的过程，使能量持续稳定地输出。
当前，世界各国正在大力开展可控核聚变的研究，让核聚变产生的能量为人类和平利用。可控核聚变之所以如此诱人，是因为核聚变的原料——氢的同位素氘广泛地存在于海水中，而且与核裂变方式相比，核聚变的污染几乎为零。但是，目前人类距离实现可控核聚变还有很长的路要走，这是因为可控核聚变需要维持稳定的高温高压环境。
1964年，我国“两弹一星”元勋、核物理学家王淦昌（1907—1998）（图17-3-6）独立地提出了用激光打靶实现核聚变的设想，是世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一，使中国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。
目前我国在可控核聚变领域的研究处于世界领先水平。图17-3-1所示的“东方超环”，是我国自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置。2023年4月，“东方超环”成功实现稳态长脉冲高约束模式等离子运行403 s。
太阳能　太阳（图17-3-7）是一个巨大而炙热的星球，它的主要成分是氢和氦。在太阳的中心区域不断发生着核聚变，几乎每秒就有6亿多吨氢聚变成氦，同时源源不断地释放出巨大的能量。这些能量向广袤的宇宙辐射，虽然仅有很小的一部分到达地球，但却是地球上大部分能量的来源，深刻地影响着地球的生态。
目前，人类利用太阳能的方式主要是发电。太阳能发电的形式一般有光伏发电和光热发电两种。光伏发电利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能。图17-3-8所示的上海浦东新区地铁龙阳路基地的屋顶铺满了光伏太阳能板，蔚为壮观。光热发电通过光学聚焦的方式将太阳能聚集起来，产生高温高压的蒸汽来驱动发电。
地热能　地球内部的温度高达几千摄氏度，如此高的温度必然蕴藏着巨大的能量，这种来自地表下面的能量就是地热能。地热能除了可直接用于发电，发电后的热排水还可实现供暖、种植、养殖、旅游等综合利用，是清洁的零碳能源。储量巨大且绿色无污染的地热能，将是极富潜力的未来能源。
我国地热资源分布广泛，西藏地区具有丰富的地热资源（图17-3-9）。西藏羊八井地热电厂，是世界上首座利用地热浅层热储进行工业性发电的电厂，被誉为“世界屋脊”上的一颗明珠。
能源是社会发展的基础和动力源泉。全球能源危机是当前人类面临的重大挑战，需要采取节能减排、能源转型、开发新能源等一系列措施综合应对。加强全球合作，也是解决能源危机的关键，全人类需要共同努力，为实现能源可持续发展贡献智慧和力量。
1. 关于不可再生能源，下列说法正确的是（　）A. 风能、水能属于不可再生能源B. 煤、石油的形成周期短，可快速再生C. 核燃料铀矿储量有限，属于不可再生能源D. 地热能会因过度开发而枯竭
答案：C解析：C正确：铀矿是核裂变燃料，储量固定，属不可再生能源。
2. 核电站发电过程中能量转化顺序是（　）A. 核能→机械能→内能→电能B. 核能→内能→机械能→电能C. 化学能→内能→电能D. 太阳能→电能
答案：B解析：核反应堆中核裂变释放热量（核能→内能）→加热水蒸气推动汽轮机（内能→机械能）→发电机发电（机械能→电能）。
3. 提高能源利用效率的举措不包括（　）A. 改进热机设计减少摩擦B. 将电厂余热用于区域供暖C. 直接焚烧秸秆获取热能D. 使用超导材料减少输电损耗
答案：C解析：A、B、D均为有效举措（减少损耗、余热利用、新技术应用）；C错误：直接焚烧秸秆能量利用率低于 20%，且污染环境，不属于高效方式。
4. 某家庭能耗系统发电效率为 40%，若输入能量为 5×10⁸ J，则有效输出电能约为（　）A. 2×10⁸ JB. 3×10⁸ JC. 1×10⁸ JD. 5×10⁸ J
答案：A解析：有效电能 = 总输入能量 × 效率 = 5×10⁸ J × 40% = 2×10⁸ J。
5. 为实现“碳中和”，下列措施合理的是（　）A. 全面关停火力发电厂B. 推广煤炭清洁燃烧技术C. 在西北荒漠建设光伏电站D. 禁止使用私家车
答案：C解析：A不合理：现阶段需化石能源过渡，不可直接关停；B不彻底：煤炭清洁仍排放二氧化碳；D不现实：需发展公共交通而非禁止私家车；C合理：光伏电站利用可再生能源，减少碳排放。
1. 我国太阳能资源十分丰富，它属于 　　　　 能源。简述开发利用太阳能的三个优势。2. 图17-3-10所示为我国首座潮光互补型光伏电站——浙江温岭潮光互补发电站，是我国首次将太阳能和潮汐能互补开发的创新应用。潮汐能属于　　　　　 能源；太阳能电池板将太阳能转化为　　　　　 能。
3. 有同学认为“水能清洁、安全，故修建水电站发电，有百利而无一害”。谈谈你对此观点的看法。
主题学习：太阳能及其应用 2太阳之所以能够持续进行稳定的核聚变，是因为其核心区域的温度高达1.5×107 ℃，以及极高的压强。在地球上造一颗“小太阳”是科学家们对利用可控核聚变技术获取能量的美好憧憬。核聚变释放能量的效率要比核裂变高许多，聚变不会产生带有放射性的核废料，并且相比于铀的贫乏，核聚变原料在地球上的储量非常丰富。一旦掌握可控核聚变的技术，人类在未来很长一段时间内将免于能源短缺的苦恼。
（1）从反应原料、核能获得原理、反应物处理等方面对目前核电站和人造“小太阳”进行比较。（2）简述人造“小太阳”需要攻克的技术难点。