物理與能源開發第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日物理與能源開發課題組長：王元利小組成員：加為蘭、汪小東、劉展瑞、郭艷蕓、馬海燕、張鑫第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日表達形式通俗易懂課題深遠具有研究意義內容豐富，形式多樣課題研究成果的特點：第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日過程記錄收集并整理資料對資料進行總結小組成員通過從科技書籍、網絡或老師得到相關資料由小組長整理得到的資料進行總結小組合作撰寫活動總結第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日過程記錄（結題階段）制作ppt，填寫結題報告、寫論文由組長制作電子版的開題報告最后由組員一同填寫“研究學習性”表格第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日研究背景：

人類利用能源的過程大致可分為兩個階段。第一階段是十八世紀之前，在能源利用方面，主要以木材為主，煤和石油占一小部分。第二階段是從十八世紀瓦特發明的蒸汽機到二十世紀八九十年代，在能源利用方面，主要以煤、石油、天然氣等一些不可再生資源為主。這些能源推進了科技的進步，同時，也大大推進了人類文明發展的進程。但隨著這些普通能源的使用，帶來了嚴重的環境污染問題。如酸雨，臭氧層空洞，溫室效應加劇等。這些問題嚴重威脅了人類及其他生物的生存與發展，其次，現今普通能源的儲量已經不能滿足全人類的需求。如原油只夠用41年，天然氣只夠使用63年，煤的使用也只有218年。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日研究背景：

根據美國能源信息署最新預測結果，隨著世界經濟、社會的發展，未來世界能源需求量將急劇增加。預計，2010年世界能源需求量將達到105.99億噸油當量，2020年將會達到128.89億噸油當量，2025年達到136.50億噸油當量，年均增長率為1.2%。歐洲和北美洲兩個發達地區能源消費占世界總量的比例將繼續呈下降的趨勢，而亞洲、中東、中南美洲等地區將保持增長態勢。伴隨著世界能源儲量分布集中度的日益增大，對能源資源的爭奪而引發沖突或戰爭的可能性依然存在。隨著世界能源消費量的增大，二氧化碳，氫氧化物，灰塵顆粒物等環境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴重。據美國能源信息署統計，1990年世界二氧化碳的排放量約為215.6億噸，2001年達到239.0億噸，預計，2010年將為277.2億噸，2025年將達到371.2億噸，年均增長1.85%。面對以上挑戰，未來世界能源供應和消費將向多元化、清潔化、高效化、全球化和市場化方向發展。面對現狀，我們不得不盡快研究新能源的開發與開發方向！第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日研究背景：1.受經濟發展和人口增長的影響，世界次能源消費量不斷增加。2.世界能源消費呈現不同的增長模式，發達國家增長速率明顯低于發展中國家。3.世界能源消費結構取消趨向優質化，但地區差異仍然很大。4.世界能源資源仍比較豐富，但能源貿易及運輸壓力增大。第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

現代能源的開發第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日核能的發展史

從1932年發現中子到1939年發現裂變，結果經歷了七年之久才把巨大的裂變能從鈾核中解放出來。它同已知的只有幾個電子伏的化學能相比要大幾百萬倍，而同一般的核反應能相比也要大十倍左右。科學家們為了能很好利用它，就需要設法找到產生這種巨大能量的根源。隨著核科學的不斷發展，在1911年，盧瑟福又發現了原子中存在著某一核心部分，即找到了原子核。并從它的特性中知道，原子質量的絕大部分都集中在原子核上。這樣，人們就認為原子核中儲藏著巨大能量的說法更能反映客觀實際。而放射能實際上也就是由于原子核自身發生變化時所釋放出的能量。另外，原子能的提法又很容易和化學能相混混淆，所以把放射能稱之為“核能”更符合實際情況。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1938年德國科學家哈恩和斯特拉思曼發現中子會誘發核的裂變，而且某些元素在受到慢中子的轟擊時會引起比快中子更強的反應。這幾個發現與玻爾的液滴模型一起，構成了核能開發的理論起點。由于納粹德國的侵略，許多優秀的科學家來到了美國。1939年玻爾在美國舉行了一次演講，在演講中，他介紹了哈恩的鈾裂變實驗。在這個實驗中，中子轟擊鈾原子，并使之裂變為更輕的物質，同時在很短時間內釋放出了巨大的能量。這之后，聽眾之一的費米隨即開始著手展開核能的開發實驗。1942年，費米建立了世界上第一個核反應堆，并使反應堆發生了可控的鏈式反應。這是核能歷史上的一個里程碑。隨后，便是眾所周知的曼哈頓工程以及對日本的廣島、長崎投放原子彈。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日能源的分類1、按來源分為3類：地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

①來自地球外部天體的能源（主要是太陽能）。②地球本身蘊藏的能量。如原子核能、地熱能等。③地球和其他天體相互作用而產生的能量。如潮汐能。2、按能源的基本形態分類，有一次能源和二次能源。一次能源又分為可再生能源（水能、風能及生物質能）和非再生能源（煤炭、石油、天然氣、油頁巖等）。根據產生的方式可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）。一次能源包括可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣資源，其中包括水、石油和天然氣在內的三種能源是一次能源的核心，它們成為全球能源的基礎；除此以外，太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范圍內；二次能源則是指由一次能源直接或間接轉換成其他種類和形式的能量資源，例如：電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔凈煤、激光和沼氣等能源都屬于二次能源。

第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

3、按能源性質分，有燃料型能源（煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材）和非燃料型能源（水能、風能、地熱能、海洋能）。

4、根據能源消耗后是否造成環境污染可分為污染型能源和清潔型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清潔型能源包括水力、電力、太陽能、風能以及核能等。

5、根據能源使用的類型又可分為常規能源和新型能源。常規能源包括一次能源中的可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣等資源。新型能源是相對于常規能源而言的，包括太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能以及用于核能發電的核燃料等能源。

6、人們通常按能源的形態特征或轉換與應用的層次對它進行分類。世界能源委員會推薦的能源類型分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質能、風能、核能、海洋能和地熱能。其中，前三個類型統稱化石燃料或化石能源。

7、商品能源和非商品能源。

8、再生能源和非再生能源第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日水能

水能是一種可再生能源，是清潔能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括:河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源,一次能源。水不僅可以直接被人類利用，它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環，使之持續進行。地表水的流動是重要的一環，在落差大、流量大的地區，水能資源豐富。隨著礦物燃料的日漸減少，水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。世界上水力發電還處于起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可以用來發電?？梢岳秒娊馑肿雍凸庖约盎瘜W分解水分子的方式，來分解到可燃燒的氫氣，它可作為新的，多用途的能源來替代現有的礦物質能源。水分子的分解過程簡而易行，投資少見效快。這給水能的綜合利用帶來了廣泛的前景，在地球上，水是一種到處可見的液態物質。通過水的分解裝置，制備出氫燃料，可用于汽車，航天航空，熱力發電等工業和民用方面，在較大的程度上，緩解了人類對礦物質資源的過分依賴。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日太陽能太陽能光熱現代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。太陽光合能植物利用太陽光進行光合作用，合成有機物。因此，可以人為模擬植物光合作用，大量合成人類需要的有機物，提高太陽能利用效率。太陽能光伏光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置，由幾乎全部以半導體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較復雜的光伏系統可為房屋照明，并為電網供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產生更多電力。天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設施通常被稱為附設于建筑物的光伏系統。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日潮汐能與海洋能波浪發電據科學家推算，地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億度。海上導航浮標和燈塔已經用上了波浪發電機發出的電來照明。大型波浪發電機組也已問世。中國在也對波浪發電進行研究和試驗，并制成了供航標燈使用的發電裝置。將來的世界，每一個海洋里都會有屬于我們中國的波能發電廠。波能將會為中國的電業作出很大貢獻。潮汐發電據世界動力會議估計，到2020年，全世界潮汐發電量將達到1000-3000億千瓦。世界上最大的潮汐發電站是法國北部英吉利海峽上的朗斯河口電站，發電能力24萬千瓦，已經工作了30多年。中國在浙江省建造了江廈潮汐電站，總容量達到3000千瓦。

第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日開發新能源的目的隨著我國城鎮化進程的不斷推進，能源需求持續增長，能源供需矛盾也越來越突出，迫在眉睫的問題是，中國究竟該尋求一條怎樣的能源可持續發展之路？業內官員和學者認為，為了實現能源的可持續發展，中國一方面必須“開源”，即開發核電、風電等新能源和可再生能源，另一方面還要“節流”，即調整能源結構，大力實施節能減排。

開發新能源和可再生能源是能源可持續發展的應有之義。我國的能源供應結構里，煤炭、石油與天然氣等不可再生能源占絕大部分，新能源和可再生能源開發不足，這不僅造成環境污染等一系列問題，也嚴重制約能源發展，必須下大力氣加快發展新能源和可再生能源，優化能源結構，增強能源供給能力，緩解壓力。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日開發新能源意義

走能源可持續發展之路，從大的能源結構來講，還是要加快發展核電。最近一兩年，從中央到國務院，都堅定了加快發展核電的信心，今年以來核電的工作力度也在加大。在今后一個時期，在優化能源結構方面，核電的比重、速度要保持相對快速的增長，規模要在短期內有比較大的提升。不光是沿海，還要逐步向中部地區發展。

節能減排是能源可持續發展的必由之路。侯云春表示，我國能源需求結構不合理突出表現在能源利用消耗高、浪費大、污染嚴重，緩解能源供需矛盾問題，從根本上就是大力節約和合理使用，提高其利用效率，嚴格控制鋼鐵、有色、化工、電力等高耗能產業發展，進一步淘汰落后的生產能力。同時，還要大力發展循環經濟、積極開展清潔生產，全面推進管理節能，大力推廣節能市場機制，促進節能發展，廣泛開展全民節能活動。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日物理在新能源上的應用晶體管的發明與應用微處理器四核微處理器半導體的應用風力發電生物質能水力發電第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日學習的感受與體會

目前，世界各國都在大力研究新型太陽能電池，提高光電轉換率，使太陽能的開發利用進一步深化。太陽能的開發方興未艾，研制出的太陽能新產品層出不窮。例如，英國研制成功一種太陽能冰箱有九塊吸熱板，晴天時它可以向冰箱的蓄電池充電，一天的充電量足夠電冰箱使用五天。瑞士發明了一種太陽能熱水瓶，僅重400克，通過裝在瓶底部的像鏡子似的折疊鋁葉板吸收太陽能，用來燒開水。未來時代將是太陽能大顯身手的時代，在我國的現代化建設中，太陽能也將發揮越來越重要的作用?，F在，人們越來越認識到太陽能的重要價值。特別是在當前世界各國面臨能源日益緊缺的情況下，人們已把太陽能作為開發利用的現代主要新能源之一，因此向太陽這個取用不盡