4.3新能源的开发课件人教选修12

【答案】 12.6 kg
2020/5/11
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2.能源危机 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 不可再生能源，它们是有限的．按20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， 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200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 自然界用几十亿年积累起来的(财富)资源．随着 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 新的能源供应，世界将面临能源短缺的危机．
第三节 新能源的开发
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学习目标： 1.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． 3．知道太阳能、风能、生物质能、地热能、氢 能的优点和应用．
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第 三 节
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学习目标 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练
课前自主学案
一、能源的分类 常规能源有_煤___、_石__油____、_天__然__气___等，而新能 源主要包括核能、太阳能、风能、生物质能、地热 能、氢能等．
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二、新能源 1．太阳能 利用太阳能主要有三种方式：(1)光热转换——是 指把太阳的光能转换为__内___能的过程； (2)光电转换——是指把太阳辐射的能量直接转换 为__电____能的过程； (3)光化学转换——是指将太阳能转换为__化__学___能 的过程．
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5．地热能 (1) 地 热 能 ： 地 热 能 是 由 地 球 内 部 释 放 出 来 的 内 能．一般认为地热来源于地球深处熔融的岩浆和 放射性物质的衰变． (2)应用：可以通过地下蒸汽、地热水(温泉)、地 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 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 超过地热发电，中国的地热水直接利用居世界首 位．
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【答案】 1.76×104 W 【方法总结】 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 物理图景和物理模型．
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氢能的利用
例3 以氢气为燃料的汽车发动机在燃烧过程中， 只会排出水蒸气而无二氧化碳等其他废气排出， 因而不会产生温室效应，具有环保意义． 某汽车重6 t，阻力为车重的0.05倍，最大输出功 率为60 kW.若此车以最大速度匀速行驶300 km， 发动机的效率为50%，则需要多少氢气做燃料？ (g＝10 m/s2，若已知每摩尔氢气燃烧后生成水蒸 气并放出285.8 kJ的热量)．
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二、新能源的开发 1．新能源 人类正在开发和利用的新能源是核能、太阳能、 风能、生物质能、地热能和氢能． 2．太阳能 (1)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 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：①无枯竭危险；②绝对干 净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在 用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥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．
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②光电转换是把太阳辐射的能量直接转换为电能 的过程． 优点：技术已经成熟，应用较广． 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 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 岛等地，这样可以避免铺设输电线路.90%的人造 卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电．
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6．氢能 (1)氢能：无论核能还是太阳能，都不便于储存和 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． (2)氢能的开发和利用 ①两个难题 作为潜在的能源，氢能的开发利用需要解决两个 难题．一个难题是氢的制备，需要一种价廉易行 的方法；二是氢的储存和运输要比较方便．
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(3)应用 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 燃料可以取代现在使用的所有能源．
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课堂互动讲练
太阳能的利用
例1 太阳直接射到地面上的辐射功率，在与光 垂直的平面上，每平方米的功率约为1400 W．若 面积为2 m2，且与阳光垂直的某热水器内有10 kg 的水，且水的初温为20 ℃，热效率为80%，需多 长时间才能使水沸腾[已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]?
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③光化学转换是将太阳能转换成化学能的过 程．主要途径是绿色植物吸收太阳辐射的能量， 以二氧化碳和水为原料，生产出有机物质并放出 氧．这个过程就是光合作用．这个过程生成的碳 水化合物(糖类)，在生物体内供给生命活动所需 的能量．光合作用把不能被生物利用的太阳能转 化为可以被生物利用的化学能．
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核心要点突破
一、能源和能源危机 1．能源的分类
常规能 源
新 能 源 2020/5/11
一次能源
二次能源
煤、石油、天 燃料化石油气、酒 精
非燃料能 源
水能
电力、蒸汽、热 水、余热
燃料能源 核燃料
沼气、氢气
非燃料能 源
太阳能、风能、 地热能、潮汐 激光 能
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【精讲精析】 在时间 t 内作用于风车的气流构 成一个长为 l＝vt，底面积为 πR2 的圆柱体，质量 为 m＝πR2vtρ，动能为 Ek＝12mv2，转化为电能的 动能为 E＝10%·Ek.故风车(带动发电机)发电的功 率为 P＝Et ＝10%×12ρπR2v3 ＝0.1×12×1.3×3.14×202×63 W ＝1.76×104 W.
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4．地热能：地热能是由地球内部释放出来的能 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 用有两个关键：一是廉价的制氢方法(利用聚焦 __太__阳__能获得高温来分解水，从而得到氢)；二 是氢的储存，目前公认最有前途的方法是 “金__属__储__氢_____”．
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(3)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． ①光热转换是太阳辐射能的聚集的过程． 优点：技术最为成熟，成本最为低廉，应用最为广 泛． 装置：平板集热器和聚光式集热器． 应用：太阳能热水器、太阳能温室、太阳能干燥器 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．
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【精讲精析】 由题意可知在时间 t 内太阳能辐射 到热水器的能量为 E＝P0St. 水吸收的能量为 E′＝ηE＝80%P0·S·t. 又 Q 吸＝cmΔt，且 Q 吸＝E′， 则 cmΔt＝80%P0·S·t， 故 t＝80c%mΔPt0S ＝4.02.×81×0134×0100××280 s＝1500 s.
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4．生物质能 (1) 生 物 质 能 ： 由 生 物 体 产 生 的 能 量 就 是 生 物 质 能．生物质能是以化学能的形式储存在生物体中 的太阳能，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、 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、 人造石油的制造、生物质能发电等．
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【精讲精析】 由已知条件，根据动能定理，有 WF－F·x＝12mv2－12mv2＝0 WF ＝ 0.05 mgx ＝ 0.05×6×103×10×300×103 J ＝ 9×108 J 而氢气的摩尔数 n＝2852.W8×F103＝6.3×103 mol 对应氢气的质量 m＝n·M＝12.6 kg.
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2．风能：风是流动的空气，所以风具有能量．风 能的利用主要有两种方式 (1)将风能直接转变为_机__械____能，如风车带动水泵 抽水； (2)将风能转化为__电___能，如风力发电机． 3．生物质能：是由生物体产生的能量，是以_化__学_ 能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物 的_光__合___作用．
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3．风能 (1)风能：风是由于空气的流动而形成的，风具有 能量，是一种天然能源．风能蕴藏量丰富，可以 再生，永不枯竭，没有污染，随处都可以开发利 用． (2)优点和不足 在重视环境保护的时代，使用风能这种“绿色” 能
2020/5/11
源，对改善地球生态环境、减少空气污染有着非 常积极的价值． 风能突出的弱点是密度低、不稳定、地区差异 大． (3)应用 ①将风能直接转变为机械能． ②风力发电是将风能转化为机械能，最终转化为 电能．
【答案】 1500 s 【方法总结】 转化率是太阳能和热能联系的 关键．
2020/5/11
风能的利用 例2 某地区的平均风速是6 m/s，已知空气密度 为1.3 kg/m3，此地有一风车，其叶片转动而形成 一个半径为20 m的圆面，假如这个风车能将此圆 内10%的气流动能转化为电能，求这个风车发电 的功率．
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(2)太阳能也存在着明显的缺点 ①分散性．到达地球表面的太阳辐射能虽然总量 很大，但是能流密度比较低． ②间断性．由于昼夜、季节、地理纬度和地形等 自然条件的限制，以及天气等随机因素的影响， 地球上接收到的太阳辐射是不连续的、不稳定 的． 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．
2020/5/11
②氢的制备方式 一是用电解水的办法可以得到氢，但是所消耗的 能量会大于氢燃烧放出的能量，显然不合算． 二是可以利用聚焦太阳能获得高温来分解水，从 而得到氢，这是廉价制氢的最有希望的方法． ③储存氢的三种方式 一是气态储氢，将氢气储存在钢瓶中；二是液态 储氢，将液氢储存在大罐内；三是“金属储氢”， 就是使氢与一些合金发生化学反应，生成金属氢 化物，这一反应是可逆的，在一定温度、压力下， 金属氢化物将重新分解出氢供使用，这是目前公 认最有前途的一种方法．