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1、平山中学 朱海舟第二十章 能源、材料与社会第二节 能源的开发和利用平山中学 朱海舟观察挖掘机、火车、摩托车、汽车、火箭、太阳能汽车、滑翔机的图片思考给它们提供运转能量的物质是什么？动动脑筋思考问题： 能源与社会挖掘机火车摩托车汽车火箭太阳能汽车滑翔机能源的概念像煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等能够提供能量的物质资源，我们把它们都叫做能源。你还知道人类已经利用的其他能源吗？风能、水能、太阳能、生物能等煤、石油、天然气、核能等可再生能源不可再生能源按来源划分:一次能源和二次能源一次能源是自然界直接提供的能源。由自然界提供的能源转化而来的能源是二次能源。风能、汽油、沼气呢?原始人对火的利用奴
2、隶社会、封建社会对畜力的利用和水力的利用现代化的煤矿开采火畜力、水力现在的各种能源能源的开发和利用与社会发展的关系利用资源的种类少多利用资源的规模小大社会发展水平低高我国的能源构成：煤75%、石油17% 、天然气2% 、其他6% 看图世界能源以哪三种为主？ 目前世界和我国的能源消耗都以煤石油、天然气为主,分析这样的能源结构是否合理?如果这样发展下去会出现什么问题? 据专家预测世界上的煤还可开采192年,天然气还可开采67年,石油还可开采35-43年。2010年,我国石油消费50%要靠进口。 能源的大量使用促进了社会的发展,但同时也带来了许多资源和环境问题,结合本课谈一谈你认为会带来哪些问题?主
3、要国家能源消耗量能源的大量应用造成环境污染光化学事件伦敦烟雾事件酸雨腐蚀佛像酸雨破坏树木温室效应以前我们的家园是多么的美丽蓝天、白云、空气、怡人的丽日可是今天 社会的发展离不开能源,人类将如何才能解决好能源与保护环境这一问题呢?作为未来的主人,请畅所欲言。某报第二版头条新闻油城私家车开始和气“热恋” 据记者了解,对私家车进行改装,让汽车由“喝油”变为“烧气”,是近些年才出现的。如今随着国内油价的不断上涨,汽车油改气的话题越来越引起人们的关注,私家车改装在油城也呈愈演愈烈之势。通过这段文字你能想到什么?你怎样看待这种现象?生活与社会面对日趋严重的能源危机，我们既要_，又要_。树立节能观开发新能源
4、能源危机日趋严重怎么办？哪些新能源具有广阔的前景？开发新能源 太阳能的开发和利用 太阳深处的极高温度是1500万和极高压力约21016Pa，据粗略估计，太阳向地球表面辐射的功率为8.11014 kW相当于3.5万倍标准煤释放的能量。看了数据再请同学们计算一下：太阳每小时辐射到地球的总能量有多少 ？W=Pt=8.11017W3600s=2.921021J太阳能十分巨大。请同学们计算一下： 太阳能以光和热的形式向四周辐射，那么它的光和热到达地球上要经过多长时间？ 地球每小时从太阳获得的太阳能量有2.921021焦，这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多，可见太阳能有多么巨大 那么太阳能会不会用完
5、呢？根据科学家推算，太阳像现在这样不停地向外辐射能量，还可以维持50亿年以上，对于人类来说，太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源。太阳能供应时间长久。 我们到哪里去取太阳能？怎样获取呢？（只要太阳能照到的地方，就有太阳能，不用专门去寻找；只要用东西接收就行了，不需要挖掘开采）太阳能分布广阔，获取方便。 太阳能储热太阳能热水器、太阳能灶等太阳能转变为热能太阳能直接发电太阳能电池、太阳能汽车等太阳能转化为电能太阳能手提灯 既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推广、大范围应用呢？目前还有些技术问题没有解决。 广泛利用太阳能的困难 1.太阳能虽然十分巨大，但它太分散2.太阳能不稳定，不能正
6、常使用3.目前太阳能转换器的效率不高太阳能的开发和利用优点：能量巨大、供应时间长、分布广泛获取方便、无污染、安全经济。缺点：能量分散、间断、不稳定。太阳能的特点沼气能源 我国农村3/4人口使用草木燃料，造成了土壤肥力的下降，水土流失、土壤沙化等生态平衡被破坏的现象，而且是对能源的极大浪费。将人畜排泄物和作物秸秆等混合物投入沼气池内进行微生物发酵。可得到燃烧值高的沼气和有机肥料。沼气地地热能地热地球内部具有的热能称为地热能，是地球本身蕴藏的能量。应用形式：地下热水、地热蒸气。应用范围：发电、洗浴、取暖、灌溉等。西藏羊八井地热电站是我国最大的地热电站潮汐能潮汐能是由于地球和月球、太阳相互作用产生的
7、能量。涨潮时退潮时潮汐电站工作原理浙江温岭江厦潮汐电站为全国第一、世界第三的潮汐电站核能秦山核电站1.下列做法属于能量转化的是（ ） A.人烤火取暖 B.划火柴点火 C.用热水袋取暖 D.用煤气炉给一壶水加热 B2.分析各现象中能的转化或转移z锯木头，锯条发热 z气体膨胀做功，温度降低 z水轮机带动发电机发电 z电动机带动水泵转动 z电流通过灯丝使灯丝发光 z煤燃烧 z光合作用 z原子能发电z压缩气体做功 z给蓄电池充电 z木材燃烧 z手摇发电机发电使灯泡发光 （机械能内能）（内能机械能）（机械能电能）（电能机械能）（电能内能 光能）（化学能内能）（光能化学能）（原子核能内能电能）（机械能内能
8、）（电能化学能）（化学能内能）（机械能电能内能 光能）能源问题是现代社会发展的三大要素之一,在能源家族中:柴薪、煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能等,在大量消耗各种能源时,会造成空气污染的有_;会造成水土流失和沙漠化的是_(填序号)。 探究实践：能量与能源能量的转化与守恒多种形式的能量化学能内能电磁能机械能应用能源与社会能源分类能源与环境开发新能源其他新能源核能太阳能 从世界范围看，纳米研究正在向应用和产业化努力，这也从侧面说明“纳米技术”离大规模的应用还有一个过程。比如美国前总统克林顿曾提出的用一个方糖大小的存储器可存下国家图书馆的资料，这就是“纳米晶体管”技术，但其目前还仅是实
9、验室产品，不能用于大规模生产，原因在于改造的成本过于昂贵、产品的可靠性和耐久性难以验证，“纳米科技展示的前景非常美好，但要想使纳米材料真正大批量应用在现实生活中，还需要科学家和政府的不断努力。” 纳米，有时也会带来伤害。 不少专家对纳米概念的炒作表示出担心。纳米技术可能出现负效果，纳米材料是非常小的微粒，如果应用不得当， 比如在一些药物中任意应用，也可能突破人体内的一些屏障，对人类的健康造成伤害。 课题组曾在一项中药研究项目中提出纳米的方向，但有专家表示疑虑：这种药材需要做到那么细吗？具体微小到什么程度能有最好疗效？这些都值得商榷。全面看待纳米技术带来的技术进步和可能出现的弊端，表明人们对纳米
10、技术的认识更加理性、成熟。 皮教授的观点与近日英国科学家针对纳米危害提出的一份报告的观点相近。该报告呼吁重视这种微粒给人类生活带来的影响，建议规范和检验纳米产品，把纳米产品对人体健康和环境的潜在危害降到最低限度。 目前的问题是，人们不清楚人造纳米微粒及纳米管被人体吸入、通过皮肤吸收及在环境中蓄积，会给人体健康和环境带来什么危害。他强调，目前国内对纳米产品的监控还是一片空白，对于涉及到普通市民安全的纳米产品，人们对应当怎样防护考虑得还不够。纳米技术是美好的，但我们应该把未来的不确定性和风险性降到最低，在这样的情况下逐步发挥纳米技术的应用潜力，为人类造福。纳米科技历程 1959年，著名物理学家、诺
11、贝尔奖获得者理查德费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，揭示了一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了促进作用。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的100倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，碳纳米管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳
12、米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。1999年，巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者
13、计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。 在“超级纤维”领域实力不弱的我国科学家近年来也开展了相关研究，并于今年7月取得突破。西安交通大学朱长纯教授率领的小组采用新的技术途径，引导碳纳米管有序、定向生长在导电的硅片衬底上，并进而研制出功能完备的场发射像素管，因纯度高，有序性好，场发 射性能也大大提高，在碳纳米管平板显示器的实用化进程中做出了中国人的独特贡献。 和传统显示器比，这种显示器不仅体积小，重量轻，大大省电，显示质量好，而且响应时间仅为几微秒，从零下45度到零上85度都能正常工作，因此拥有极广阔的潜在市场前景。碳纳米管可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂电
14、视进一步成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片中扮演极重要的角色，从而引发计算机行业革命。 人们一直希望自己的衣料能像荷花般出污泥而不染，现在这种梦想已由中国科学家实现。2000年9月27日，中科院化学所专家宣布研制成功一种不粘油污、不粘水的新型纳米材料超双疏性界面材料。使用这种材料的纺织品和建材，不用洗涤，也不沾染油污。这标志着中国在纳米材料研制方面的又一新突破。纳米是一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，大约相当于几十个原子的长度。科学家发现，当材料组成的精度达到纳米级时，物质就能表现出一些新特性，从而为新材料的产生创造条件。最具有说明性的例子就是，改变碳原子的排列结构，能把廉价的石墨变成价值连城的钻石。因此，纳米技术是当今各国科技界竞争的焦点。 电阻超导转变超导临界TC超导磁悬浮1100nm.电阻为零电能超导磁悬浮.延展性 硬度 弹性绝缘体半导体 导体三极管二极管材 料常见材料半导体材料探索新材料应用超导材料纳米 材料
