师:同学们好。今天很高兴和大家一起交流学习沪科版九年级全一册18.1节电流的产生。明亮灯光装点城市夜色,电视机荧幕展现绚丽画面,电饭锅煮出香喷喷米饭,收音机播放悠扬音乐,这些都与电能有关。电能从哪里来,又是如何产生的呢?请同学们思考。在生活和生产中,哪些装置或物品可以提供电能?请写下来,说出来。
生:(思考并回答)
师:在你们列举的物品中,有没有像西红柿或橙子这类水果呢?它们能不能提供电能?下面我们观看一个实验。我准备一根红线、一个芯片,将芯片一端通过导线连接在电压表上,把铜片和锌片的另一端分别插在橙子中,大家观察到了什么?
生:电压表指针发生偏转。
师:没错,这说明橙子能够提供电流。另外,根据电压表指针正向偏转,还能判断出接在电压表正接线柱上的铜片为电源的正极,接在电压表负接线柱上的锌片为电源的负极。
在生活和生产中,我们广泛使用能持续提供电流的还有各种电池。由于电池制作材料、工作原理和用途不同,种类繁多。首先学习化学电池,它是把化学能转化为电能的装置,干电池是最早进入市场的化学电池。干电池如何实现把化学能转化为电能呢?我们来看它的内部结构,由碳棒、锌筒、二氧化锰和电解质组成。氢作为还原剂与电解质发生化学反应会失去电子,而二氧化锰作为氧化剂与电解质发生化学反应会得到电子,碳棒把二氧化锰得到的电子聚集起来,因此可当作电源的正极。锌筒因失去电子可当作电源的负极,两极间产生电压,从而提供电能。
根据型号大小,干电池又分为1号、2号、5号、7号,它们提供的电压都是1.5伏,这些电池一次性使用,故又称为原电池。在实际生活中,一些电池需反复充电使用,比如手机上的锂电池。大家看图片上这款手机锂电池,上面有一组参数:3.6伏、1000毫安时。同学们,利用之前所学知识,能计算出这块电池充满电后提供的电能是多少吗?3.6伏是正常工作电压,1000毫安时中,毫安是电流单位,h指时间,单位是小时。根据电功公式W = UIt,代入相关数据计算,注意电流和时间单位要采用国际单位制中的基本单位。
生:(计算并回答)
师:计算结果为1296焦。同学们,你们的计算结果一样吗?汽车上常用铅酸电池,它的极板是铅制的,电解质溶液是硫酸。通常一节铅酸电池提供的电压为2伏,而汽车使用时需要12伏电压,这是怎么实现的呢?
生:6节铅酸电池串联使用。
师:非常正确。像锂电池、铅酸电池这类可反复充电使用的电池,又称为蓄电池或二次电池。充电时把电能转化为化学能,放电时把化学能转化为电能。化学电池在生活、通讯、生产以及科学研究方面应用广泛,但化学电池内含有汞、镉等重金属,随意丢弃会污染环境,要集中回收分类处理。另外,使用化学电池时要注意,不同型号或新旧不同的电池不能混合使用,应根据用电器额定电压选择合适的电池。在倡导绿色生活、节约能源的今天,每位同学都应合理使用化学电池,并爱护环境。刚才学习了化学电池,下面学习太阳能电池。太阳能电池又称为光伏电池,是将太阳能转化为电能的装置,用半导体硅和金属导体制成。当太阳照射到电池上时,在正负两极之间形成电压,从而把太阳能转化为电能。太阳能电池污染小,能量可再生,应用越来越广泛。但要知道,太阳能电池使用时常受天气、环境和地理位置限制。刚才一起学习了化学电池和太阳能电池,它们提供的是什么样的电呢?请同学们带着这个问题阅读课本157页中的“加油站”。
生:(阅读并回答)
师:通过阅读可知,电池提供的是直流电,其大小和方向不随时间发生变化,除此之外还有交流电,其大小和方向随时间做周期性变化,这在以后学习中会逐步了解。电池提供的电能有限,要获取更充足、强大的电能,需通过发电机完成。发电机也是把其他形式的能转化为电能的装置。目前常用发电方式有火力发电、水力发电和核能发电,每种发电方式所需能源和方式各不相同。首先看火力发电。在观看视频前,老师给出一些问题,大家通过观看视频尝试回答。
火力发电占我国总发电量80%以上,占据电力工业主导地位。随着锅炉、汽轮机、烟气净化、污水处理等技术快速发展,现代火力发电厂已成为清洁高效的化石能源利用方式。火力发电机组由燃煤锅炉、蒸汽轮机、发电机三大主要动力设备组成。为减少损耗和污染,到场原煤在煤仓储存,经输送栈桥到达磨煤机被破碎为粒径小于500微米的煤粉,随同空气喷入炉膛。煤粉在炉膛内剧烈燃烧,产生高温烟气,炉内换热器中的水吸收热量形成高温高压蒸汽进入汽轮机,推动叶片转动,并带动发电机转子转动,实现热能到电能的转化。电能经升压站提高电压后并入电网供用户使用。此外,锅炉产生的蒸汽还可直接用于市政供热,或驱动制冷机为市政用户供冷。
烟气中的氮氧化物、烟尘和二氧化硫是大气主要污染物,需净化处理。选择性催化还原脱硝技术是当前主流的烟气脱硝技术,选择合适温度区间向烟气中喷入还原剂,在催化剂作用下,氮氧化物被还原成氮气。电袋复合除尘器是新型高效除尘器,烟气先通过电除尘区后再进入布袋除尘区,滤袋粉尘负荷量大大降低,清灰周期延长,同时保证很低的排放浓度。三塔合一技术是把脱硫塔、间接空冷塔和烟囱合并布置,脱硫后的烟气在冷却塔内部热空气作用下,使烟气及其所携带的残余污染物得到更大抬升,可减少用地、初始投资、运行和维护费用,近几年开始在火电厂应用。烟气二氧化碳补集是使烟气中的二氧化碳通过吸收塔并与一乙醇胺溶液反应,吸收了二氧化碳的溶液被送至再生塔中加热解析,释放得到二氧化碳气体,补集的二氧化碳压缩后存储。城市中的水利用系统对废水、污水进行处理后代替新鲜水回用,具有节水、废水减排双重效益,是火电厂节水工作的重要方向。
火力发电时燃烧煤或石油等燃料,释放化学能转化为水和水蒸气的内能,高温高压水蒸气推动汽轮机转动,汽轮机转动带动发电机转子转动,从而转化为发电机转子的机械能,最终转化为电能。下面看水力发电。水力发电究竟怎样工作?
