物理选修1-2人教新课标4.3新能源的开发概要PPT课件.ppt

第三节第三节 新能源的开发新能源的开发学习目标：学习目标：1.知道什么是传统能源，什么是能源危机知道什么是传统能源，什么是能源危机2知道有哪些新能源和新能源开发的意义知道有哪些新能源和新能源开发的意义3知知道道太太阳阳能能、风风能能、生生物物质质能能、地地热热能能、氢氢能的优点和应用能的优点和应用 第第三三节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案学习目标学习目标课前自主学案课前自主学案一、能源的分类一、能源的分类常规能源有常规能源有_、_、_等，而新能等，而新能源主要包括核能、太阳能、风能、生物质能、地热源主要包括核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能等能、氢能等煤煤石油石油天然气天然气二、新能源二、新能源1太阳能太阳能利利用用太太阳阳能能主主要要有有三三种种方方式式：(1)光光热热转转换换是是指把太阳的光能转换为指把太阳的光能转换为_能的过程；能的过程；(2)光光电电转转换换是是指指把把太太阳阳辐辐射射的的能能量量直直接接转转换换为为_能的过程；能的过程；(3)光化学转换光化学转换是指将太阳能转换为是指将太阳能转换为_能能的过程的过程内内电电化学化学2风风能能：风风是是流流动动的的空空气气，所所以以风风具具有有能能量量风风能的利用主要有两种方式能的利用主要有两种方式(1)将将风风能能直直接接转转变变为为_能能，如如风风车车带带动动水水泵泵抽水；抽水；(2)将风能转化为将风能转化为_能，如风力发电机能，如风力发电机3生物质能：是由生物体产生的能量，是以生物质能：是由生物体产生的能量，是以_能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物的的_作用作用机械机械电电化学化学光合光合4地地热热能能：地地热热能能是是由由地地球球内内部部释释放放出出来来的的能能量地热水的利用分直接利用和地热发电量地热水的利用分直接利用和地热发电5氢能：利用氢气燃烧放出的能量氢能的利氢能：利用氢气燃烧放出的能量氢能的利用有两个关键：一是廉价的制氢方法用有两个关键：一是廉价的制氢方法(利用聚焦利用聚焦_能获得高温来分解水，从而得到氢能获得高温来分解水，从而得到氢)；二；二是氢的储存，目前公认最有前途的方法是是氢的储存，目前公认最有前途的方法是“_”太阳太阳金属储氢金属储氢核心要点突破核心要点突破一、能源和能源危机一、能源和能源危机1能源的分类能源的分类一次能源一次能源二次能源二次能源常规能常规能源源燃料能源燃料能源煤、石油、天然煤、石油、天然气、植物秸秆气、植物秸秆煤气、焦炭、汽煤气、焦炭、汽油、柴油油、柴油液化石油气、酒液化石油气、酒精精非燃料能非燃料能源源水能水能电力、蒸汽、热电力、蒸汽、热水、余热水、余热新新能能源源燃料能源燃料能源核燃料核燃料沼气、氢气沼气、氢气非燃料能非燃料能源源太阳能、风能、太阳能、风能、地热能、潮汐能地热能、潮汐能激光激光2.能源危机能源危机地球上可供使用的传统能源是有限的，是不可再地球上可供使用的传统能源是有限的，是不可再生的煤和石油是地球在几十亿年中积攒下来的生的煤和石油是地球在几十亿年中积攒下来的不可再生能源，它们是有限的按不可再生能源，它们是有限的按20世纪末的消世纪末的消费量估算，已经探明的可供开采的石油和天然气，费量估算，已经探明的可供开采的石油和天然气，也许只能维持几十年，即使是储量最多的煤炭，也许只能维持几十年，即使是储量最多的煤炭，也不过维持开采也不过维持开采200多年自从煤炭和石油成为多年自从煤炭和石油成为人类社会的主要能源以后，人类便开始大量消耗人类社会的主要能源以后，人类便开始大量消耗自然界用几十亿年积累起来的自然界用几十亿年积累起来的(财富财富)资源随着资源随着生产的发展和生活水平的提高，迅速增长的能量生产的发展和生活水平的提高，迅速增长的能量消耗与日益耗竭的能源之间矛盾加剧，如果没有消耗与日益耗竭的能源之间矛盾加剧，如果没有新的能源供应，世界将面临能源短缺的危机新的能源供应，世界将面临能源短缺的危机二、新能源的开发二、新能源的开发1新能源新能源人人类类正正在在开开发发和和利利用用的的新新能能源源是是核核能能、太太阳阳能能、风能、生物质能、地热能和氢能风能、生物质能、地热能和氢能2太阳能太阳能(1)太阳能的优点太阳能的优点利用太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光利用太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电转换来实现它同以往其他电源发电原理完全电转换来实现它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下优点：不同，具有以下优点：无枯竭危险；无枯竭危险；绝对干绝对干净净(无公害无公害)；不受资源分布地域的限制；不受资源分布地域的限制；可在可在用电处就近发电；用电处就近发电；能源质量高；能源质量高；获取能源花获取能源花费的时间短，因此在能源开发中占相当大的分量费的时间短，因此在能源开发中占相当大的分量(2)太阳能也存在着明显的缺点太阳能也存在着明显的缺点分分散散性性到到达达地地球球表表面面的的太太阳阳辐辐射射能能虽虽然然总总量量很大，但是能流密度比较低很大，但是能流密度比较低间间断断性性由由于于昼昼夜夜、季季节节、地地理理纬纬度度和和地地形形等等自自然然条条件件的的限限制制，以以及及天天气气等等随随机机因因素素的的影影响响，地地球球上上接接收收到到的的太太阳阳辐辐射射是是不不连连续续的的、不不稳稳定定的的这对太阳能的大规模利用提出了挑战怎样高效这对太阳能的大规模利用提出了挑战怎样高效利用太阳能仍是科学研究的课题利用太阳能仍是科学研究的课题(3)太阳能的利用方式太阳能的利用方式人类利用太阳能的方式可分为以下几种人类利用太阳能的方式可分为以下几种光热转换是太阳辐射能的聚集的过程光热转换是太阳辐射能的聚集的过程优优点点：技技术术最最为为成成熟熟，成成本本最最为为低低廉廉，应应用用最最为为广广泛泛装置：平板集热器和聚光式集热器装置：平板集热器和聚光式集热器应应用用：太太阳阳能能热热水水器器、太太阳阳能能温温室室、太太阳阳能能干干燥燥器器等都是平板集热器，也叫非聚光式集热器等都是平板集热器，也叫非聚光式集热器反射式太阳灶、高温太阳炉是聚光式集热器反射式太阳灶、高温太阳炉是聚光式集热器光光电电转转换换是是把把太太阳阳辐辐射射的的能能量量直直接接转转换换为为电电能能的过程的过程优点：技术已经成熟，应用较广优点：技术已经成熟，应用较广装置：太阳能电池装置：太阳能电池应用：太阳能电池使用简便，易于维护，适用于应用：太阳能电池使用简便，易于维护，适用于电子仪表、高山气象站、输油输气管道的维护等电子仪表、高山气象站、输油输气管道的维护等许多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海许多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海岛等地，这样可以避免铺设输电线路岛等地，这样可以避免铺设输电线路.90%的人造的人造卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电光光化化学学转转换换是是将将太太阳阳能能转转换换成成化化学学能能的的过过程程主主要要途途径径是是绿绿色色植植物物吸吸收收太太阳阳辐辐射射的的能能量量，以以二二氧氧化化碳碳和和水水为为原原料料，生生产产出出有有机机物物质质并并放放出出氧氧这这个个过过程程就就是是光光合合作作用用这这个个过过程程生生成成的的碳碳水水化化合合物物(糖糖类类)，在在生生物物体体内内供供给给生生命命活活动动所所需需的的能能量量光光合合作作用用把把不不能能被被生生物物利利用用的的太太阳阳能能转转化化为为可以被生物利用的化学能可以被生物利用的化学能3风能风能(1)风风能能：风风是是由由于于空空气气的的流流动动而而形形成成的的，风风具具有有能能量量，是是一一种种天天然然能能源源风风能能蕴蕴藏藏量量丰丰富富，可可以以再再生生，永永不不枯枯竭竭，没没有有污污染染，随随处处都都可可以以开开发发利利用用(2)优点和不足优点和不足在在重重视视环环境境保保护护的的时时代代，使使用用风风能能这这种种“绿绿色色”能能源源，对对改改善善地地球球生生态态环环境境、减减少少空空气气污污染染有有着着非非常积极的价值常积极的价值风风能能突突出出的的弱弱点点是是密密度度低低、不不稳稳定定、地地区区差差异异大大(3)应用应用将风能直接转变为机械能将风能直接转变为机械能风力发电是将风能转化为机械能，最终转化为风力发电是将风能转化为机械能，最终转化为电能电能4生物质能生物质能(1)生生物物质质能能：由由生生物物体体产产生生的的能能量量就就是是生生物物质质能能生生物物质质能能是是以以化化学学能能的的形形式式储储存存在在生生物物体体中中的的太阳能，来源于植物的光合作用太阳能，来源于植物的光合作用(2)应用：生物质能主要来源于柴薪、人畜粪便、应用：生物质能主要来源于柴薪、人畜粪便、城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃烧外，城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃烧外，利用生物质能的技术还有沼气生产、酒精制取、利用生物质能的技术还有沼气生产、酒精制取、人造石油的制造、生物质能发电等人造石油的制造、生物质能发电等5地热能地热能(1)地地热热能能：地地热热能能是是由由地地球球内内部部释释放放出出来来的的内内能能一一般般认认为为地地热热来来源源于于地地球球深深处处熔熔融融的的岩岩浆浆和和放放射性物质的衰变射性物质的衰变(2)应用：可以通过地下蒸汽、地热水应用：可以通过地下蒸汽、地热水(温泉温泉)、地、地下干热岩体来得到地热能地热能可直接用于采下干热岩体来得到地热能地热能可直接用于采暖、水产养殖、温室养殖，以及医疗等方面天暖、水产养殖、温室养殖，以及医疗等方面天然温泉与人工开采的地下热水，已经广泛使用然温泉与人工开采的地下热水，已经广泛使用据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发电，中国的地热水直接利用居世界首位地热发电，中国的地热水直接利用居世界首位6氢能氢能(1)氢氢能能：无无论论核核能能还还是是太太阳阳能能，都都不不便便于于储储存存和和携带目前迫切需要一种能替代石油、储量丰富携带目前迫切需要一种能替代石油、储量丰富、不污染环境的燃料这种理想的燃料就是氢、不污染环境的燃料这种理想的燃料就是氢(2)氢能的开发和利用氢能的开发和利用两个难题两个难题作作为为潜潜在在的的能能源源，氢氢能能的的开开发发利利用用需需要要解解决决两两个个难难题题一一个个难难题题是是氢氢的的制制备备，需需要要一一种种价价廉廉易易行行的方法；二是氢的储存和运输要比较方便的方法；二是氢的储存和运输要比较方便氢的制备方式氢的制备方式一一是是用用电电解解水水的的办办法法可可以以得得到到氢氢，但但是是所所消消耗耗的的能量会大于氢燃烧放出的能量，显然不合算能量会大于氢燃烧放出的能量，显然不合算二二是是可可以以利利用用聚聚焦焦太太阳阳能能获获得得高高温温来来分分解解水水，从从而得到氢，这是廉价制氢的最有希望的方法而得到氢，这是廉价制氢的最有希望的方法储存氢的三种方式储存氢的三种方式一一是是气气态态储储氢氢，将将氢氢气气储储存存在在钢钢瓶瓶中中；二二是是液液态态储储氢氢，将将液液氢氢储储存存在在大大罐罐内内；三三是是“金金属属储储氢氢”，就就是是使使氢氢与与一一些些合合金金发发生生化化学学反反应应，生生成成金金属属氢氢化化物物，这这一一反反应应是是可可逆逆的的，在在一一定定温温度度、压压力力下下，金金属属氢氢化化物物将将重重新新分分解解出出氢氢供供使使用用，这这是是目目前公认最有前途的一种方法前公认最有前途的一种方法(3)应用应用氢氧燃料电池，实验用的氢燃料汽车都是氢的氢氧燃料电池，实验用的氢燃料汽车都是氢的直接应用将来我们若能获取大量的廉价氢，氢直接应用将来我们若能获取大量的廉价氢，氢燃料可以取代现在使用的所有能源燃料可以取代现在使用的所有能源课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一太阳能的利用太阳能的利用 太太阳阳直直接接射射到到地地面面上上的的辐辐射射功功率率，在在与与光光垂垂直直的的平平面面上上，每每平平方方米米的的功功率率约约为为1400 W若若面面积积为为2 m2，且且与与阳阳光光垂垂直直的的某某热热水水器器内内有有10 kg的的水水，且且水水的的初初温温为为20，热热效效率率为为80%，需需多多长时间才能使水沸腾长时间才能使水沸腾已知已知c水水4.2103 J/(kg)?例例例例1 1【答案】【答案】1500 s【方法总结】【方法总结】转化率是太阳能和热能联系的转化率是太阳能和热能联系的关键关键类型二类型二风能的利用风能的利用 某某地地区区的的平平均均风风速速是是6 m/s，已已知知空空气气密密度度为为1.3 kg/m3，此此地地有有一一风风车车，其其叶叶片片转转动动而而形形成成一一个个半半径径为为20 m的的圆圆面面，假假如如这这个个风风车车能能将将此此圆圆内内10%的的气气流流动动能能转转化化为为电电能能，求求这这个个风风车车发发电电的功率的功率例例例例2 2【答案】【答案】1.76104 W【方法总结】【方法总结】风力发电是将机械能转化为电能，风力发电是将机械能转化为电能，风能属可再生能源，正确解题要求能建立清晰的风能属可再生能源，正确解题要求能建立清晰的物理图景和物理模型物理图景和物理模型类型三类型三氢能的利用氢能的利用 以以氢氢气气为为燃燃料料的的汽汽车车发发动动机机在在燃燃烧烧过过程程中中，只只会会排排出出水水蒸蒸气气而而无无二二氧氧化化碳碳等等其其他他废废气气排排出出，因而不会产生温室效应，具有环保意义因而不会产生温室效应，具有环保意义某汽车重某汽车重6 t，阻力为车重的，阻力为车重的0.05倍，最大输出功倍，最大输出功率为率为60 kW.若此车以最大速度匀速行驶若此车以最大速度匀速行驶300 km，发动机的效率为发动机的效率为50%，则需要多少氢气做燃料？，则需要多少氢气做燃料？(g10 m/s2，若已知每摩尔氢气燃烧后生成水蒸，若已知每摩尔氢气燃烧后生成水蒸气并放出气并放出285.8 kJ的热量的热量)例例例例3 3【答案】【答案】12.6 kg本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用