中考物理复习核能与太阳能省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1、当今能源趋势：能源需求量剧增，化石能源可能枯竭。2、能源对环境影响：空气污染、温室效应、水土流失和沙漠化等。3、未来理想能源应该满足条件：足够丰富，能够确保长久使用。足够廉价，能够确保多数人用得起。相关技术成熟，能够确保大规模使用。足够安全、清洁，能够确保不会严重影响环境。第1页核能，太阳能核能，太阳能第2页【处理路径处理路径】开发新能源。开发新能源。提升能源利用率。提升能源利用率。常规能源储量有限，开常规能源储量有限，开 发不合理，浪费严重。发不合理，浪费严重。人类社会发展对能源人类社会发展对能源 需求日益增加。需求日益增加。【现实状况成因现实状况成因】我国能源供需担心，制约社会发展。我国能源供需担心，制约社会发展。优先开发利用优先开发利用核能、太阳能、核能、太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢风能、地热能、潮汐能、氢能能这六种新能源。这六种新能源。一、能源利用与社会发展一、能源利用与社会发展【能源现实状况能源现实状况】第3页1、物质组成：一切物质都有分子组成，分子又由原子组成，一切物质都有分子组成，分子又由原子组成，有些物质分子就是一个原子。原子很小，它直有些物质分子就是一个原子。原子很小，它直径不到径不到1nm。原子由原子核和核外电子组成，原子核原子由原子核和核外电子组成，原子核又由质子和中子组成，质子带正电荷，电又由质子和中子组成，质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。子带负电荷，中子不带电。质子和中子质量比电子大得多，处于原子中心，质子和中子质量比电子大得多，处于原子中心，组成非常小原子核。组成非常小原子核。第4页质量较大原子核发生分裂或者质量较小原子核质量较大原子核发生分裂或者质量较小原子核相互结合时，就有可能释放出惊人能量，这就是相互结合时，就有可能释放出惊人能量，这就是核核能能。2核能核能质子和中子依靠强大核力紧密地结合在一起。要质子和中子依靠强大核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难。使它们分裂或结合都是极其困难。第5页二、核能二、核能19，英国卢瑟福用粒子轰击氮时发觉质子。19321932年，年，查德威克查德威克发觉中子。发觉中子。19341934年，意大利物理学家年，意大利物理学家费米费米用用中子中子轰击轰击原子核原子核，发觉，发觉原子原子 核分裂核分裂产生能量很强。所以获产生能量很强。所以获3838年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。19，著名物理学家爱因斯坦发表了划时代论文论运 动物体电动力学，提出了狭义相对论和著名 核动力公式=mc，为核能利用奠定了理论基础。【发觉历程发觉历程】第6页【重核裂变重核裂变】19391939年，费米深入提出年，费米深入提出链式反应链式反应概念。概念。核能释放方式核能释放方式二、核能二、核能【开发应用开发应用】即一个重核可裂变为两个中等质量核，即一个重核可裂变为两个中等质量核，从而取得原子能。从而取得原子能。第7页 当两个或两个以上较轻原子核，在极高当两个或两个以上较轻原子核，在极高温度和极大压力下非常靠近时，它们聚合在一温度和极大压力下非常靠近时，它们聚合在一起而形成一个较重新原子核，同时释放出更为巨起而形成一个较重新原子核，同时释放出更为巨大能量。因为核聚变必须在极高温度约大能量。因为核聚变必须在极高温度约1 1亿亿才才会发生，所以也叫会发生，所以也叫热核反应热核反应。怎样利用好核反应中产生巨大能量呢？怎样利用好核反应中产生巨大能量呢？二、核能二、核能【开发应用开发应用】核能释放方式核能释放方式【轻核聚变轻核聚变】【思索思索】第8页【核武器研究核武器研究】19391939年年9 9月月1 1日，第二次世界大战正式打响。日，第二次世界大战正式打响。19331933年，年，爱因斯坦爱因斯坦移居美国。移居美国。19381938年，年，费米费米逃往美国。逃往美国。德国还有德国还有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革劳厄、哈恩、盖革等核物理教授。等核物理教授。19391939年，年，爱因斯坦爱因斯坦等科学家努力说服美国总统等科学家努力说服美国总统罗斯福罗斯福抢抢 在德国之前抓紧研制原子弹。在德国之前抓紧研制原子弹。19401940年，美国政府正式大量拨款，开启年，美国政府正式大量拨款，开启“曼哈顿工程曼哈顿工程”。19431943年年1 1月月19451945年年7 7月，月，奥本海默奥本海默主持原子弹研制。主持原子弹研制。曼哈顿工程：动员曼哈顿工程：动员5050万人，花费万人，花费2222亿亿美元，占用全国三美元，占用全国三分之一电力。分之一电力。二、核能二、核能【应用方向应用方向】第9页19451945年年7 7月月1616日第一颗原子弹试爆成功。日第一颗原子弹试爆成功。二、核能二、核能【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】第10页19451945年年8 8月月6 6日，铀弹日，铀弹小男孩小男孩投到投到广岛广岛；“小男孩小男孩”原子弹爆炸地点在原子弹爆炸地点在广岛市中心偏西北处，爆炸威广岛市中心偏西北处，爆炸威力相当于力相当于.8.8万吨炸药万吨炸药，顷刻间产生了顷刻间产生了3030万度高温，万度高温，正处于爆炸中心外科医院所正处于爆炸中心外科医院所有人和设施转瞬就化为灰烬，距爆有人和设施转瞬就化为灰烬，距爆心半径心半径一千米范围内一千米范围内花花岗岩都融化了，时速高达五六岗岩都融化了，时速高达五六十千米强烈冲击波将距爆心十千米强烈冲击波将距爆心半径半径三千米范围内三千米范围内全部建筑全部建筑物，几乎全部摧毁！物，几乎全部摧毁！二、核能二、核能【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】8 8月月9 9日，钚弹日，钚弹胖子胖子投在投在长崎长崎。第11页在爆心附近，没有留下任何人在爆心附近，没有留下任何人或物痕迹，只是在地面上隐或物痕迹，只是在地面上隐约残留着如同人体外形阴影，约残留着如同人体外形阴影，广岛全城遍地焦土死尸枕籍相广岛全城遍地焦土死尸枕籍相连。市中心约连。市中心约1212平方千米方圆平方千米方圆几乎被夷为平地，全市几乎被夷为平地，全市76,32876,328幢建筑物中，幢建筑物中，44.844.8万万幢全部被幢全部被毁，毁，2211722117幢半毁，房屋损失达幢半毁，房屋损失达7070，日本官方统计当场死亡日本官方统计当场死亡和失踪人数达和失踪人数达78,15078,150人，伤人，伤51,51,408408人。加上以后因辐射、烧伤人。加上以后因辐射、烧伤而死亡人数总计而死亡人数总计246,726246,726人。人。二、核能二、核能【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】第12页核军备竞赛核军备竞赛 盟国冷战开始盟国冷战开始19451945年年8 8月，斯大林下令抓紧研制原子弹。月，斯大林下令抓紧研制原子弹。19491949年年8 8月，苏联成功地进行了核试验。月，苏联成功地进行了核试验。19521952年年1010月月3 3日，英国研制成功原子弹。日，英国研制成功原子弹。19601960年年2 2月月1313日，法国研制成功核弹。日，法国研制成功核弹。19641964年年1010月月1616日，中国试爆成功原子弹。日，中国试爆成功原子弹。怎样有效地控制核能，安全和平利用核能呢？怎样有效地控制核能，安全和平利用核能呢？19521952年年1111月月1 1日，美国试爆第一颗氢弹。日，美国试爆第一颗氢弹。19531953年年8 8月，苏联研制氢弹成功。月，苏联研制氢弹成功。19671967年年6 6月月1717日，中国试爆成功氢弹。日，中国试爆成功氢弹。原子弹原子弹核核裂变，裂变，氢弹氢弹核核聚变聚变二、核能二、核能【核武器研究核武器研究】【应用方向应用方向】【思索思索】第13页19541954年，苏联建成第一座小型原子能电站。年，苏联建成第一座小型原子能电站。【核电站建设核电站建设】19421942年年费米费米在芝加哥研制核反应堆。在芝加哥研制核反应堆。19561956年，英国建成第一座小型原子能电站。年，英国建成第一座小型原子能电站。19571957年，美国建成第一座小型原子能电站。年，美国建成第一座小型原子能电站。核反应堆：核反应堆：经过受控经过受控核裂变核裂变反应取反应取得核能装置，可控制裂变过得核能装置，可控制裂变过程中产生中子数等于各种过程中产生中子数等于各种过程消耗中子数程消耗中子数,以形成稳定以形成稳定链式反应速度和可控核能输链式反应速度和可控核能输出。出。二、核能二、核能【应用方向应用方向】第14页结构和工作原理结构和工作原理二、核能二、核能【应用方向应用方向】【核电站建设核电站建设】第一回路：第一回路：先先用泵把水压入用泵把水压入核反应堆，在核反应堆，在那里取得核裂那里取得核裂变释放变释放核能核能，水被加热，水被加热，内内能能增加，然后增加，然后进入热交换器，进入热交换器，在那里把热量在那里把热量传递给第二回传递给第二回路中水，再路中水，再被泵压回反应被泵压回反应堆重新被加热。堆重新被加热。第二回路：第二回路：在热在热交换器内，水被交换器内，水被加热成高温高压加热成高温高压蒸汽后，进入汽蒸汽后，进入汽轮发电机先把轮发电机先把内内能能转化成转化成机械能机械能，再取得再取得电能电能。做。做功后蒸汽内能功后蒸汽内能都降低了，它将都降低了，它将进入冷凝器冷却进入冷凝器冷却成水，再由泵压成水，再由泵压回热交换器重新回热交换器重新加热成高压蒸汽。加热成高压蒸汽。第15页19911991年年,中国建成第一座自主研制核电站。中国建成第一座自主研制核电站。秦山核电站秦山核电站田湾核电站田湾核电站三门核电站三门核电站大亚湾核电站大亚湾核电站二、核能二、核能【应用方向应用方向】【核电站建设核电站建设】第16页受控核聚变现实状况与发展受控核聚变现实状况与发展中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和欧盟6大ITER组员国6月28日在莫斯科敲定法国卡达拉舍为反应堆建设地，这一为期30年共计投资将超过100亿欧元国际超大型科学合作项目很快就将正式开启。“ITER”组织组织 拉丁文拉丁文“道路道路”之意之意 该计划意在建立世界上第一个该计划意在建立世界上第一个受受控热核聚变试验反应堆控热核聚变试验反应堆，规模可与未，规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以处理建来实用聚变反应堆相仿，用以处理建设核聚变电站关键技术问题。设核聚变电站关键技术问题。二、核能二、核能【应用方向应用方向】【核电站建设核电站建设】第17页对比火力发电站对比火力发电站消耗消耗“燃料燃料”少少结构相同，燃料不一样结构相同，燃料不一样对环境污染小对环境污染小久远看，成本低久远看，成本低自苏联于1954建成世界上第一座核电站；至今已经有30多个国家和地域400多座核电站处于运行之中。右图列出一些国家核电占各自总电力百分率。核能优点与缺点核能优点与缺点二、核能二、核能【辨析辨析】【优点优点】【应用方向应用方向】第18页核核废废料料核废料含有核废料含有放射性污染放射性污染，因而建设使用核电站时必，因而建设使用核电站时必须采取可靠防护办法，预防放射性物质泄漏，避须采取可靠防护办法，预防放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以确保核电站安全运行。免造成放射性污染，以确保核电站安全运行。二、核能二、核能【缺点缺点】【应用方向应用方向】第19页核核意外意外19861986年切尔诺贝利核年切尔诺贝利核能电厂，因为运转人能电厂，因为运转人员违法进行极危险员违法进行极危险试验，造成爆炸。造试验，造成爆炸。造成乌克兰、白俄罗斯、成乌克兰、白俄罗斯、苏俄地域，最少有苏俄地域，最少有九九百万人百万人受到辐射线影受到辐射线影响，至今还有数百万响，至今还有数百万人生活于污染区内。人生活于污染区内。白俄罗斯婴儿白俄罗斯婴儿出生率出生率下降下降50%50%。苏俄地域。苏俄地域儿儿童淋巴癌上升童淋巴癌上升28.5%28.5%。二、核能二、核能【缺点缺点】【应用方向应用方向】第20页三、太阳能三、太阳能【结构特点结构特点】太阳是一颗恒星，与太阳是一颗恒星，与地球相距地球相距1.5亿亿千米，千米，太阳直径是地球直径太阳直径是地球直径109倍倍多。太阳每秒多。太阳每秒钟照射到地球上能量钟照射到地球上能量相当于相当于500万吨万吨煤。天煤。天文学家认为，迄今为止，文学家认为，迄今为止，太阳照耀地球已经有太阳照耀地球已经有50亿亿年，而且还会继续照耀年，而且还会继续照耀50亿亿年。年。第21页 太阳内部温度高达太阳内部温度高达1 1千万摄氏度以上，在那里千万摄氏度以上，在那里就进行着大规模就进行着大规模核聚变核聚变反应。太阳辐射出光和反应。太阳辐射出光和热正是由聚变反应释放核能转化而来。热正是由聚变反应释放核能转化而来。三、太阳能三、太阳能【产生本质产生本质】第22页 地球上风能、水能、海洋温差能、波地球上风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都是起源于太阳；浪能和生物质能等能源都是起源于太阳；即使是地球上化石燃料（如煤、石油、天即使是地球上化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来太阳能。地球上除了来太阳能。地球上除了核能、地热能核能、地热能和和潮潮汐能汐能其余几乎都来自太阳。其余几乎都来自太阳。三、太阳能三、太阳能【能源之母能源之母】第23页太阳能十分巨大，供给时间长。太阳能十分巨大，供给时间长。太阳能分布辽阔，获取方便。太阳能分布辽阔，获取方便。太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。利用太阳能不征收任何利用太阳能不征收任何“税税”，经济划算。，经济划算。地球上太阳能资源分地球上太阳能资源分布与各地布与各地纬度、海拔纬度、海拔高度、地理情况和气候高度、地理情况和气候条件条件相关。因地而异，相关。因地而异，因时而变，这是开发太因时而变，这是开发太阳能面临主要问题。阳能面临主要问题。三、太阳能三、太阳能【利用优势利用优势】【开发难度开发难度】第24页光热转换光热转换A A、怎样提升太阳能直接转化内能效率？、怎样提升太阳能直接转化内能效率？太阳能热水器太阳能热水器太阳灶太阳灶三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】【思索思索】B B、能深入开发利用这一内能吗？、能深入开发利用这一内能吗？第25页热水热水冷水冷水水箱水箱集热器集热器太阳光太阳光集热器原理集热器原理第26页【结构组件结构组件】聚光装置聚光装置 集热装置集热装置蓄热装置蓄热装置 汽轮发电装置汽轮发电装置光热转换光热转换三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】太阳能热发电系统太阳能热发电系统第27页【工作原理工作原理】太阳能太阳能内能内能机械能机械能电能电能光热转换光热转换三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】思索：思索：太阳能太阳能能否能否直接直接转化转化为电能呢？为电能呢？第28页光电转换光电转换太阳能电池及原理太阳能电池及原理 1887 1887年，赫兹（年，赫兹（M.HertzM.Hertz）首次发觉光照能使）首次发觉光照能使半导体材料不一样部位之间产生电压。这种现象后半导体材料不一样部位之间产生电压。这种现象后来被称为来被称为 “光伏效应光伏效应”。光电转换实现了太阳能光电转换实现了太阳能直接直接向电能转化，向电能转化，再经过蓄电池以化学能方式储存。再经过蓄电池以化学能方式储存。三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】【总结总结】第29页19541954年美国贝尔试验室制成了世界上第一个实用太阳能年美国贝尔试验室制成了世界上第一个实用太阳能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。光电转换光电转换三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】第30页光化转换光化转换光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光照射下，将二氧光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气生化过程。化碳和水转化为有机物，并释放出氧气生化过程。光化转换实现了太阳能光化转换实现了太阳能直接直接向化学能转化。向化学能转化。三、太阳能三、太阳能【利用路径利用路径】【总结总结】第31页能源易获取能源易获取不排放不排放CO2能源量大能源量大可连续性强可连续性强能源分散能源分散受自然条件限制受自然条件限制转化效率低转化效率低成本较高成本较高太阳能技术优缺点太阳能技术优缺点第32页