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1、第20章 能源、材料与社会,1能量的转化与守恒,2能源的开发和利用,3材料的开发和利用,1能量的转化与守恒,电闪雷鸣,多种形式的能量,地动山摇,波涛汹涌,随风摇曳,能量以多种形式展现着：,如电能、光能、内能、机械能等,1、燃料的燃烧是一种化学变化，燃烧时产生 的光和热就来源于燃料储存的化学能。,2、食物也具有化学能，人们的生活、工作所消 耗的能量就来源于食物里储存的化学能。,化学能,由于化学反应而产生的能量,核能,原子弹、氢弹爆炸时释放的能量就来源于核能。,由于核反应，物质的原子核结构发生变化而释放的能量,太阳的能量也源自于内部的核反应而释放的核能。,P194：你能说出图中各种物体所具有的能量
2、吗？,交流与讨论,自然界中，能量不但可以从一个物体转移到另外一个物体，也可以从一种形式转化为其他形式。,能量的转移与转化,能量转移,发生碰撞时的小球,动能从一边的小球转移到另一边的小球,电能转化为光能和内能,电灯发光,能量转化,内能转化为机械能,能量转化,内燃机车,水的机械能转化为电能,能量转化,水力发电,化学能转化为电能,能量转化,水果电池供电,太阳能转化为电能,能量转化,地球上的能量主要来自太阳,利用太阳能发电,绿色植物通过光合作用把太阳能转化为化学能，食草动物从植物获取能量，转化为内能和化学能，食肉动物通过捕食其它动物获取能量。煤、石油、天然气中的能量来源于亿万年前动植物体内的化学能。,
3、能量转化,绿色植物,食草动物,食肉动物,光合作用,太阳,地球上的能量主要来自太阳,能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。,能量守恒定律,1.“第一类永动机”：不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器。2.由能量守恒定律知：无法实现。3.工程技术的任务，在于设法找出合理利用能源的途径，并减少机器运转过程中不必要的能量损耗，而不是去研制永远无法实现的“永动机”。,无法实现的“永动机”,P196：小丑在跳动过程中，能量如何转化，它的能量守恒吗？,交流与讨论,能量转移与转化的方向性,机械能与内能的转化具有方向性：由于摩擦
4、的存在，一部分机械能可以转化为内能，但这部分内能却不能自动地再转化为机械能，,第二类永动机的设想：可以永远转下去,2能源的开发和利用,像煤、石油、天然气、水流、风、电、太阳光等能够提供能量的物质资源，叫做能源。,能源与社会,能源的分类,比如：风能、水能、太阳能、生物能等,比如：煤、石油、天然气、核能等,1、可再生能源：可以长期提供或者可以再生,2、不可再生能源：一旦消耗就很难再生,人类开发利用能源的历史沿革,人类对木材、水力、风力、畜力、等能源的利用促进了人类文明的发展。,大约200多年前，大量开发煤使得人类能源史进入一个崭新时期。而以煤作为燃料的蒸汽机的发明带来人类历史上的第一次工业革命。随
5、后石油、天然气又成为人广泛使用的能源。,而对电磁的研究，使得人类又进入电气时代。,如今，核能、太阳能等各类新兴能源的开发又称为人类获取能源的一个全新途径。,能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球，这已经成为一个全球性的重大课题。,人类将如何才能解决好使用能源与保护环境这一问题呢？,太阳能是取之不尽，用之不竭的天然能源，而且是一种“清洁”的能源，不会带来环境污染问题。,下图中所示，人类利用太阳能方式一样吗？,开发新能源-太阳能,太阳能转化为内能,太阳能转化为电能,核能的开发和利用可以采用两种方法：一种是利用核裂变释放能量；一种是核聚变释
6、放能量。,开发新能源-核能,核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。原子弹就是根据这个原理制造的一种核武器。,开发新能源-核能,核裂变,链式反应,核聚变是较轻的原子核结合为较重的原子核的一种核反应。氢弹就是根据这个原理制造的一种威力比原子弹更大的核武器。,开发新能源-核能,核聚变,利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。目前，世界上已经利用核裂变原理建成了许多核能发电站。,和平利用核能,大亚湾核电站,和平利用核能,田湾核电站,岭澳核电站,秦山核电站,地球内部蕴藏着大量的热。在有地热资源的地方可以开发的利用地热能发电。,开发新能源-地热能,西藏羊八井地热电站，是我国最大的地热电
7、站,月球、太阳对地球的引力作用产生了潮汐。每天，涨潮与落潮蕴藏着巨大的能量，这种能量可以用来发电。,开发新能源-潮汐能,风力发电,开发新能源-风能,风能的来源是太阳能。太阳光照射在地球上，引起各地气压差异，形成空气流动风。,风力助航,风力提水,氢能,沼气,可燃冰,其它新能源的开发,3材料的开发和利用,人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和利用密切相关，人类发展过程中先后经历了石器时代、青铜时代和钢铁材料时代。,材料与社会发展,我们周围 大大小小的物品都是由各种材料组成的。,根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。,材料的导电性,容易导电的材料是导体，如铜、铝等 不容易导电的
8、材料是绝缘体，如玻璃、橡胶等 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、砷化镓等,实验探究：导体与绝缘体,半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。,半导体的材料,常用的电器中都可以找到大量的半导体元件 半导体元件具有许多独特的功能。二极管具有单向导电性，三极管可以用来放大电信号。,实验探究：二极管的单向导电性,其中有一种性能较好的材料叫超导材料,为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。,1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。,开发新材料-
9、超导材料,超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。,开发新材料-超导材料,不同材料的转变温度不同，如汞(4.15K)、钨(0.012K)、锌(0.75K)等。现在的一些高温超导材料，由一般导体转变为超导体的温度已达到100K以上。我国研制的超导材料的转变温度已达到134K,超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。,很细的超导丝就可以输送强大的电流,开发新材料-超导材料,超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。,超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的安全性能和运行速度。,1.纳米是一个长度单位：1nm=10-9m,2.1nm小到什么程度？(10个分子紧密排布的长度),3.纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。,开发新材料-纳米材料,药物做成纳米颗粒,将来人们可以用纳米技术一个一个地将原子组装起来制成各种纳米机器,纳米镜面,开发新材料-纳米材料,纳米颗粒材料,碳纳米管,开发新材料-纳米材料,纳米超晶格,想象中的纳米“机器人”,计算机芯片中的纳米导线,开发新材料-纳米材料,纳米机械零件,开发新材料-纳米材料,
