第11章 物理学与能源技术

第十一章物理学与能源技术

第1节能量守恒定律

一、形形色色的能量

1、从八年级开始接触“能量”，你知道的能量形式有哪些？

答：有机械能、内能、光能、声能、磁能、化学能、核能等多种形式。

二、不同形式能量的相互转化

2、准备4个小实验：①来回迅速摩擦双手，手会感到热。②黑袋内盛水，放在阳光下被照热。③将连在小电扇上的太阳能电池对着阳光小电扇会转起来。④用钢笔杆在头发上摩擦后能吸引小物体。学生讨论指出上述四个小实验中能量的转化。

答：①中机械能转化为内能；②中光能转化为内能；③中太阳能转化为电能，电能再转化为动能；④中机械能转化为电能。

三、能量守恒定律

3、能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的，因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒。

四、永动机是不可能实现的

4、永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。

例题：

能量的转换是自然界普遍的现象。下列关于能量转换的分析不正确的是（ B ）

第2节能量转化的方向性和效率

一、能量转换的方向性

观察下列图片，回答下列问题：

1、自然界中的能量不仅可以从一个物体转移到其他物体，而且在一定的条件下，不同形式的能量之间还可以相互转化。图中，属于发生能量转移的是A，属于发生能量转化的是

B、C、D、E、F。

2、图A中，高温火炉散发的热量供人取暖，炉火散失的能量不能自动聚集起来再利用；同理，图C中，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地汇集起来用来驱动汽车。事实表明，能量的转化与转移具有方向性。

例题：

1、各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（ C ）

①树林②太阳③燃煤电④空调

A．①②③④B．②③④①C．②①③④D．①③④②

2、若在一定时间内，太阳光辐射到太阳能电池板的能量为2.7×107J，这与完全燃烧多少千克的煤放出的热量相当？这些能量经转化后，可供功率为35W的路灯工作60h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是多少？（煤的热值为3.0×107J/kg）

解：（1）∵由题知，Q放=mq=2.7×107 J，

∴需要完全燃烧煤的质量：m=Q

放

q

=

2.7×107 J

3.0×107 J/kg

=0.9 kg；

（2）使用太阳能路灯的有用能量：W电=Pt=35 W×60×3 600 s=7.56×106 J，太阳光

辐射到该太阳能电池板的能量（总能量）W总=2.7×107 J，该太阳能路灯的能量转化效率：

η=W

电

W

总

×100%=

7.56×106 J

2.7×107 J

×100%=28%。

第3节能源

石油是世界上许多国家的主要能源，盛产石油的中东国家是发达国家主要的石油供应

国。1973年，爆发了第四次中东战争。由此引发了西方国家第一次石油危机。1980年，中东两个石油大国伊朗和伊拉克之间爆发战争，两伊战争猛烈冲击世界石油市场，引发了第二次石油危机。两次石油危机在全球范围内引起了人们对能源问题的思考。

一、能源的分类

1、当今世界的主要能源是什么？

答：煤、石油、天然气。

2、凡是能够提供能量的物质资源叫能源，能源按产生的方式可分为一次能源和二次能源。

化石能源是千百万年前埋藏在地下的动植物，经过漫长的地质年代形成的，它通常包括煤、石油、天然气三种具体燃料；人类生活中，还广泛利用食物等生命物质中存储的化学能，这类由生命物质提供的能量称为生物质能。

3、能源的分类

类别定义示例

一次能源可以直接从自然界获得的能源

煤炭、石油、天然气（当今世界能

源的三大支柱）

二次能源无法从自然界直接获取，必须通

过消耗一次能源才能得到的能源

电力、煤气、汽油、煤油、焦炭、

洁净煤、激光等

二、世界能源储量及需求

4、21世纪的能源趋势有以下特点：①由于世界人口的急剧增加和经济的快速发展，能源的消耗持续、迅速增长；②人类的主要能源仍是化石能源，它利用后短期内不能再生；

③会出现能源危机。

例题：

1、如图所示的曲线，表示的是从1750年以来世界能源消耗增长和发展趋势，请你结合此曲线写一条有关能源的宣传广告。

答：能源危机正向我们走来，我们要节约能源（或请节约能源，保护地球；或积极开发新能源等）。

2、研究能源利用，实现可持续发展已成为21世纪世界各国共同的任务。能源按不同的分类方式可进行不同分类。下列四组能源中，能归入如图所示阴影部分的一组是

（ B ）

B．太阳能、风能、海洋能

C．水能、木柴、天然气

D．石油、海洋能、核能

第4节核能

1945年8月6日，美国在日本广岛上空投下了一枚原子弹，使这个20余万人口的城市转眼间变成了废墟。三天以后，日本长崎遭到了同样的命运。据有关资料记载，广岛24.5万人中死伤、失踪超过20万人，长崎23万人中死伤、失踪近15万人，两个城市毁坏程度达60%～80%。

一、原子能、核能

1、原子的核式结构

物质→分子→

原

子

⎩⎪

⎨

⎪⎧

原子核

⎩

⎨

⎧质

子

——带正电

中

子

——不带电

核外电子——带负电

2、质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。

二、核裂变及其应用

3、用中子轰击质量较大的原子核，原子核会分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大能量的过程，叫作裂变。

快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的。如果控制链式反应的速度，就可以把核能用于和平建设事业，“核反应堆”就是控制裂变反应的装置，已成功地应用到核潜艇、核电站等装置。

4、铀核裂变时所产生的中子，又轰击其他铀核，导致一系列铀核持续裂变并释放出大量核能的反应过程叫链式反应。

5、核裂变的利用：（1）核电站的核心装置——核反应堆中发生的链式反应是可以控制的。

（2）原子弹爆炸时发生的链式反应不加控制，瞬间释放出大量的能量。

三、核聚变

6、质量很小的原子核在超高温下结合成新的质量较大的原子核，同时释放出巨大能量的过程，叫作聚变，也叫热核反应；氢弹就是根据这一原理制成的。到目前为止，人类还不能控制核聚变，使之和平地释放能量。