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回答摘自：中图分类号：TM619 文献标识码：A 文章编号：1672-9064(2009)06－0059－03

生物质发电技术发展探讨

陆智（广西电力工业勘察设计研究院广西南宁530023）

李双江（河北省电力勘测设计研究院）

郑威（ 中南电力设计院）

生物质能是一种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源，对我国能源结构的优化意义重大。发展生物质发电，是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。秸秆发电变无序焚烧为集中燃烧并发电、造肥，节省了大量煤炭资源，并增加农民收入。秸秆在生长和燃烧中不增加大气中CO2量，且含硫量极低，仅为0.1%。发展生物质发电，替代煤炭，可显著减少CO2等温室气体和SO2的排放，有巨大的环境效益。

1 生物质直接燃烧发电利用技术

生物质直燃发电就是将生物质直接作为燃料进行燃烧，用于发电或者热电联产。生物质直接燃烧具有以下特点：（1）生物质燃烧所放出的CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2， 因此可以认为是CO2的零排放，有助于缓解温室效应；（2）生物质的燃烧产物用途广泛，灰渣可加以综合利用；（3）生物质燃料可与矿物质燃料混合燃烧，既可以减少

运行成本，提高燃烧效率，又可以降低SO2、NOx 等有害气体的排放浓度；（4）采用生物质燃烧设备可以最快速度实现各种生物质资源的大规模减量化、无害化、资源化利用，而且成本较低，因而生物质直接燃烧技术具有良好的经济性和开发潜力。

1.1 单燃生物直燃技术

在欧美发达国家主要燃烧的生物质是木本植物， 在我国，由于特殊的国情使得我们用于燃烧的物质基本局限于秸秆等草本类植物。据有关文献对秸秆的燃烧机理进行的研究，秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点：（1）秸秆的含水量较大，约20％，是常规燃料的8～10 倍。因此，在锅炉相同出力的情况下，其烟气量约是常规燃料的1.5～2 倍。在锅炉受热面布置时，要充分考虑这一情况。（2）秸秆的堆积密度较小。秸秆投入炉内燃烧时，先落在炉床上，随着水分蒸发，开始漂浮在炉内进行燃烧。因此，在这类锅炉设计时， 一定要考虑到燃烧室的体积要大一些，使得燃料在炉内有足够的停留时间，得以完全燃烬。（3）从燃料的燃烧过程来看，大多数秸秆（除甘蔗渣外）在干燥后，挥发份快速脱离母体迅猛燃烧，挥发份不附着在秸秆表面燃烧，这与煤的燃烧机理是完全不同的。（4）逸出挥发份后的秸秆变黑成为暗红色焦炭粒子，未见明显的火焰，而且在炉膛高温火焰的辐射下，缓慢地燃烧，燃烬时间也较长。

1.1.1 层燃炉燃烧技术

层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代表，燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧，空气从下方透过炉排供应上部的燃料，燃料处于相对静止的状态，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制，以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。

1.1.2 循环流化床燃烧技术

循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具备很多独特的优点，如燃料适应性广，低温燃烧，燃烧效率高，负荷调节性能好等。瑞典、丹麦、德国等发达国家在流化床燃用生物质燃料技术方面具有较高的水平。美国爱达荷能源产品公司已经开发生产出燃生物质流化床锅炉， 锅炉蒸汽出力为4.5～50t/h，供热锅炉出力为36.67MW；美国CE 公司利用鲁奇技术研制的大型燃废木循环流化床发电锅炉出力为100t/h，蒸汽压力为8.7MPa； 美国B&W 公司制造的燃木柴流化床锅炉也于20 世纪80～90 年代初投入商业运行。此外，瑞典以树枝、树叶等林业废弃物作为大型流化床锅炉的燃料加以利用，锅炉热效率可达到80％；瑞典和丹麦正在实行利用生物质热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时，满足供热的要求。

1.2 生物质与煤混合直燃技术

混合燃烧的技术优势：（1）生物质是可再生能源，煤粉炉中生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质发电技术，也是一种最好（廉价而低风险）的利用可再生能源发电的技术。（2）煤粉燃烧发电效率高，可达35％以上，生物质共燃正是借用其高效率的优点，这是现阶段其它生物质发电技术难以比拟的。（3）生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的SO2和NOx 排放。（4）对于煤粉燃烧电厂，共燃生物质意味着CO2排放的降低， 被公认为是现役燃煤电厂降低CO2排放的最有效措施。（5）我国生物质资源丰富，可利用未被利用的生物质折合近4 亿t 标准煤，且分布广泛，可就地利用；另一方面，大量利用生物质发电可增加农民收入，促进农业和农村经济的可持续发展。（6）生物质共燃技术简单，投资和运行费用低。生物质相对较便宜，对燃煤电厂而言还可增加燃料的选择范围和燃料适应性，降低燃料成本。丹麦哥本哈根AVEDORE 电厂，2002 年增加了热功率为105MW 的生物质发电设备，采用天然气（油）与麦秸混合燃烧工艺， 每小时秸秆消耗25t， 秸秆主要来源于芬兰和丹麦。生物质的水分含量用超声波测定，控制在25％左右。

2 生物质气化发电技术

生物质气化是在高温下部分氧化的转化过程。该过程是直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸汽），使之在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程。目前， 生物质气化技术大体上可按2 大类进行分类：①按气化剂分类，②按设备运行方式分类。

2.1 按气化剂类型分类

生物质气化技术按气化剂类型分类。其中，干馏气化其实是热解气化的一种特例。且由于干馏是吸热反应，应在工艺中提供外部热源以使反应进行。氧气气化则不需要提供外部热源，产品为热值为15000kJ/m3 的中热值气化气。空气气化由于N2的加入，使其可燃气成分含量降低，热值也随之降低在5000kJ/m3 左右，为低热值气体。氢气气化反应条件苛刻，需要在高温高压且具有氢源的条件下进行， 其气化气为热值高达22260～26040kJ/m3 的高热值气化气。

2.2 按气化装置运行方式分类

生物质气化技术按气化装置的运行方式分类。国内外已投入商业运行的气化方法主要有：固定床气化炉、流化床气化炉。固定床气化炉可分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式。其中下吸式气化炉应用最广。

生物质原料由炉顶的加料口投入炉内，气化剂（空气、氧气）可以由顶部进入，也可以在喉部加入。气化剂与物料混合向下流动， 在高温喉管区发生气化反应。下吸式气化炉主要特点是气化强度高（相对于上吸式），工作稳定性好，可随时加料；由于燃烧区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解的产物都要经过燃烧区，在高温下裂解H2和CO，使得气化中焦油含量大为减少。流化床气化炉按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为循环流化床、双流化床和携带床四种类型。按吹入气化剂的压力大小，流化床气化炉又可分为常压流化床和加压流化床。其中循环流化床由于其众多优点，适用于大型商业化运行。循环流化床是唯一在恒温床上反应的气化炉。气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解。流化介质一般选用惰性材料（沙子）或非惰性材料（石灰或催化剂），可增加传热及清洗可燃气，适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质燃料。循环流化床气化炉的主要缺点是入料需要预处理，产气中灰分需要很好的净化处理和部件磨损严重。

典型操作条件为温度600℃，加工能力100kg/h，以杨木为原料时产气率可达65％。优点在于结构紧凑、传热速率高、气相停留时间短、有效抑制裂化，但是载气需求量大。气化产生的可燃气主要用来发电。生物质气化的发电技术有以下3 种方法：带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或者引擎的常压生物质气化、带有朗肯循环的传统生物质燃烧系统。传统的生物质气化联合发电技术（BIGCC）包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，可利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。气化发电工艺包括3 个过程：①生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；②气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需要经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；③燃气发电。目前，国际上有很多发达国家开展提高生物质发电效率方面的研究， 如美国Battelle（63MW）项目，欧洲英国（8MW）和芬兰（6MW）的示范工程。

3 生物质直接燃烧技术与生物质气化技术的比较

生物质直接用来燃烧简化了环节和设备， 减少了投资，但利用率还比较低，利用的范围还不是很广。由于中国生物质分布分散，成为大规模利用生物质直接燃烧技术发电较大障碍。然而秸秆类生物质因为含有较多的K、Cl 等无机物质，在燃烧过程中很容易出现严重的积灰、结渣、聚团和受热面腐蚀等碱金属问题，碱金属问题是秸秆大规模燃烧利用面临的严峻挑战，这些还需要进一步研究解决问题的方法。生物质气化技术能够一定程度上缓解中国对气体燃料的需求， 生物质被气化后利用的途径也得到相应的扩展，提高了利用效率。

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一、宇宙和微观世界

宇宙→银河系→太阳系→地球

物质由分子组成；分子是保持物质原来性质的一种粒子；一般大小只有百亿分之几米(0.3-0.4nm)。

物质三态的性质：

固体：分子排列紧密，粒子间有强大的作用力。固体有一定的形状和体积。

液体：分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小；液体没有确定的形状，具有流动性。

气体：分子极度散乱，间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子间作用力微弱，易被压缩，气体具有流动性。

分子由原子组成，原子由原子核和（核外）电子组成（和太阳系相似），原子核由质子和中子组成。

纳米科技：（1nm=10 m），纳米尺度:（0.1-100nm）。研究的对象是一小堆分子或单个的原子、分子。

二、质量

质量：物体含有物质的多少。质量是物体本身的一种属性，它的大小与形状、状态、位置、温度等无关。物理量符号：m。

单位：kg、t、g、mg。

1t=103kg, 1kg=103g, 1g=103mg.

天平：1、原理：杠杆原理。

2、注意事项：被测物体不要超过天平的称量；向盘中加减砝码要用镊子，不能把砝码弄脏、弄湿；潮湿的物体和化学药品不能直接放到天平的盘中

3、使用：（1）把天平放在水平台上；（2）把游码放到标尺放到左端的零刻线处，调节横梁上的平衡螺母，使天平平衡（指针指向分度盘的中线或左右摆动幅度相等）。（3）把物体放到左盘，右盘放砝码，增减砝码并调节游码，使天平平衡。(4）读数：砝码的总质量加上游码对应的刻度值。

注：失重时（如：宇航船）不能用天平称量质量。

三、密度

密度是物质的一种特殊属性；同种物质的质量跟体积成正比，质量跟体积的比值是定值。

密度：单位体积某种物质的质量叫做这种物质的密度。

密度大小与物质的种类、状态有关，受到温度的影响，与质量、体积无关。

公式：

单位：kg/m3 g/cm3 1×103kg/m3=1g/cm3。

1L=1dm3=10-3m3；1ml=1cm3=10-3L=10-6m3。

四、测量物质的密度

实验原理：

实验器材：天平、量筒、烧杯、细线

量筒：测量液体体积（可间接测量固体体积），读数是以凹液面的最低处为准。

测固体（密度比水大）的密度：步骤：

1、用天平称出固体的质量m；2、在量筒里倒入适量（能浸没物体，又不超过最大刻度）的水，读出水的体积V1；3、用细线拴好物体，放入量筒中，读出总体积V2。

注：若固体的密度比水小，可采用针压法和重物下坠法。

测量液体的密度：步骤：1、用天平称出烧杯和液体的总质量m1；2、把烧杯里的液体倒入量筒中一部分，读出液体的体积V2；3、用天平称出剩余的液体和烧杯的质量m2。

五、密度与社会生活

密度是物质的基本属性（特性），每种物质都有自己的密度。

密度与温度：温度能够改变物质的密度；气体热膨胀最显著，它的密度受温度影响最大；固体和液体受温度影响比较小。

水的反常膨胀：4℃密度最大；水结冰体积变大。

密度应用：1、鉴别物质（测密度）2、求质量3、求体积。

第十二章 运动和力

一、运动的描述

运动是宇宙中普遍的现象。

机械运动：物体位置的变化叫机械运动。

参照物：在研究物体运动还是静止时被选作标准的物体(或者说被假定不动的物体)叫参照物.

运动和静止的相对性：同一个物体是运动还是静止，取决于所选的参照物。

二、运动的快慢

速度：描述物体运动的快慢，速度等于运动物体在单位时间通过的路程。

公式：

速度的单位是：m/s；km/h。

匀速直线运动：快慢不变、沿着直线的运动。这是最简单的机械运动。

变速运动：物体运动速度是变化的运动。

平均速度：在变速运动中，用总路程除以所用的时间可得物体在这段路程中的快慢程度，这就是平均速度。

三、时间和长度的测量

时间的测量工具：钟表。秒表（实验室用）

单位：s min h

长度的测量工具：刻度尺。

长度单位：m km dm cm mm μm nm

刻度尺的正确使用：

(1).使用前要注意观察它的零刻线、量程和分度值； (2).用刻度尺测量时，尺要沿着所测长度，不利用磨损的零刻线；(3)厚的刻度尺的刻线要紧贴被测物体。（4）.读数时视线要与尺面垂直，在精确测量时，要估读到分度值的下一位。 (5). 测量结果由数字和单位组成。

误差：测量值与真实值之间的差异，叫误差。

误差是不可避免的，它只能尽量减少，而不能消除，常用减少误差的方法是：多次测量求平均值。

四、力

力：力是物体对物体的作用。物体间力的作用是相互的。 (一个物体对别的物体施力时，也同时受到后者对它的力)。

力的作用效果：力可以改变物体的运动状态，还可以改变物体的形状。

力的单位是：牛顿(N)，1N大约是你拿起两个鸡蛋所用的力。

力的三要素是：力的大小、方向、作用点；它们都能影响力的作用效果。

力的示意图：用一根带箭头的线段把力的三要素都表示出来就叫力的示意图。

五、牛顿第一定律

亚里士多德观点：物体运动需要力来维持。

伽利略观点：物体的运动不须要力来维持，运动之所以停下来，是因为受到了阻力作用。

牛顿第一定律：一切物体在没有收到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。（牛顿第一定律是在经验事实的基础上，通过进一步的推理而概括出来的，因而不能用实验来证明这一定律)。

惯性：物体保持运动状态不变的性质叫惯性。

一切物体在任何情况下都有惯性；惯性的大小只与质量有关。

牛顿第一定律也叫做惯性定律。

六、二力平衡

平衡力：物体在力的作用下处于静止状态或匀速直线运动状态，是因为物体受到的是平衡力。

二力平衡：物体受到两个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这两个力平衡。

二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反、并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。

○（二力平衡时合力为零）。

物体在不受力或受到平衡力作用下都会保持静止状态或匀速直线运动状态。

第十三章 力和机械

一、弹力 弹簧测力计

弹性：物体受力发生形变，不受力时又恢复到原来的形状，物体的这种性质叫弹性。

塑性：物体受力后不能自动恢复原来的形状，物体的这种性质叫塑性。

弹力：物体由于发生弹性形变而产生的力。

弹簧测力计：原理：在弹性限度内，弹簧收受到的拉力越大，它的伸长就越长。（在弹性限度内，弹簧的伸长跟受到的拉力成正比）

弹簧测力计的使用：；(1)认清分度值和量程；(2)要检查指针是否指在零刻度，如果不是，则要调零； (3)轻拉秤钩几次，看每次松手后，指针是否回到零刻度；(4)测量时力要沿着弹簧的轴线方向，测量力时不能超过弹簧秤的量程。

二、重力

万有引力：宇宙间任何两个物体，大到天体，小到灰尘之间，都存在互相吸引的力。

重力：由于地球的吸引而使物体受到的力。

1、重力的大小叫重量，物体受到的重力跟它的质量成正比。G=mg.

2、重力的方向：竖直向下（指向地心）。

3、重力的作用点（重心）：地球吸引物体的每一个部分，但是，对于整个物体，重力的作用好像作用在一个点，这个点叫重心。（形状规则、质地均匀的物体的重心在它的几何中心）

三、摩擦力

摩擦力：两个互相接触的物体，当它们做相对运动（或有相对运动的趋势）时，就会在接触面是产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫摩擦力。

摩擦力的方向：和物体相对运动的方向相反。

决定摩擦力（滑动摩擦）大小的因素：【实验原理：二力平衡】1、压力（压力越大，摩擦力越大）；2、接触面的粗糙程度（接触面越粗糙，摩擦力越大）。

摩擦的分类：1、静摩擦：有相对运动的趋势，没有发生相对的运动。2、动摩擦：（1）滑动摩擦：一个物体在另一个物体的表面上滑动时产生的摩擦；（2）滚动摩擦：轮状或球状物体滚动时产生的摩擦，通常情况下，滚动摩擦比滑动摩擦小。

增大摩擦力方法：使接触面粗糙些和增大压力。

减小有害摩擦方法：(1)使接触面光滑；（2）减小压力；(3)用滚动代替滑动；(4)使接触面分开（加润滑油、形成气垫）。

四、杠杆

杠杆：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒叫杠杆。

杠杆的五要素：1、支点：杠杆绕着转动的点；2、动力：作用在杠杆上，使杠杆转动的力；3、阻力：作用在杠杆上，阻碍杠杆转动的力；4、动力臂：支点到动力作用线的距离；5、阻力臂：支点到阻力作用线的距离。

杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2.

三种杠杠杆： (1)省力杠杆：L1>L2,平衡时F1<F2。特点是省力，但费距离。（如剪铁剪刀，铡刀，起子）(2)费力杠杆：L1<L2,平衡时F1>F2。特点是费力，但省距离。（如钓鱼杠，理发剪刀等） (3)等臂杠杆：L1=L2,平衡时F1=F2。特点是既不省力，也不费力。（如：天平）

五、其他简单机械

定滑轮特点：（轴固定不动）不省力，但能改变动力的方向。（实质是个等臂杠杆）

动滑轮特点：省一半力（忽略摩擦和动滑轮重），但不能改变动力方向，要费距离 (实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆)。.

滑轮组：1、使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。即F=G/n（G为总重，n为承担重物绳子断数）2、S=nh（n同上，h 为重物被提升的高度）。3、奇动（滑轮）、偶定（滑轮）。

轮轴：由一个轴和一个大轮组成，能绕共同轴线旋转的简单机械；动力作用在轮上省力，作用在轴上费力。

斜面：（为了省力）斜面粗糙程度一定，坡度越小，越省力。

应用：盘山公路、螺旋千斤顶等。

第十四章 压强和浮力

一、压强

压力：垂直压在物体表面的力（1）有的和重力有关；如：水平面：F=G（2）有的和重力无关。

压力的作用效果：（实验采用控制变量法）跟压力、受力面积的大小有关。

压强：物体单位面积上受到的压力叫压强。

压强公式： ，式中p单位是：pa，压力F单位是：N；受力面积S单位是：m2。。

→ ； 。

增大压强方法：(1)S不变，F增大；；(2)F不变，S减小； (3)同时把F增大，S减小。

减小压强方法则相反。

二、液体的压强

液体压强产生的原因：是由于液体受到重力，液体具有流动性。

液体压强特点：(1)液体对容器底和壁都有压强，(2)液体内部向各个方向都有压强；(3)液体的压强随深度增加而增大，在同一深度，液体向各个方向的压强相等；(4)不同液体的压强还跟密度有关系。

液体压强计算： ，（ρ是液体密度，单位是kg/m3；g=9.8n/kg；h是深度，指液体自由液面到液体内部某点的竖直距离，单位是m。）据液体压强公式： ，液体的压强与液体的密度和深度有关，而与液体的体积和质量等无关。

连通器：上端开口、下部相连通的容器。

连通器原理：连通器如果只装一种液体,在液体不流动时，各容器中的液面总保持相平。

应用：船闸、、锅炉水位计、茶壶、下水管道。

三、大气压强

证明大气压强存在的实验是马德堡半球实验。

大气压强产生的原因：空气受到重力作用，具有流动性而产生的，

测定大气压强值的实验是：1、托里拆利实验（最先测出）：实验中玻璃管上方是真空，管外水银面的上方是大气，是大气压支持管内这段水银柱不落下，大气压的数值等于这段水银柱产生的压强。2、课堂实验：用吸盘测大气压：（原理：二力平衡F=大气压p=F/s）

测定大气压的仪器是：气压计。常见气压计有水银气压计和无液（金属盒）气压计。

标准大气压：把等于760毫米水银柱的大气压。1标准大气压=760毫米汞柱=1.013×105pa。

大气压的变化：和高度、天气等有关；大气压强随高度的增大而减小；在海拔3000m以内，大约每升高10m,大气压减小100pa。

○（沸点与气压关系：一切液体的沸点，都是气压减小时降低，气压增大时升高）。

抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处的。在1标准大气压下，能支持水柱的高度约 10.3m高。

四、流体压强与流速的关系

在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。

飞机的升力：飞机前进时，由于机翼上下不对称，机翼上方空气流速大，压强较小，下方流速小，压强较大，机翼上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。

五、浮力

浮力：浸在液体或气体里的物体，都受到液体或气体对它竖直向上的力，这个力叫浮力。

浮力产生的原因：浸在液体中的物体受到液体对它的向上和向下的压力差。

浮力方向总是竖直向上的。

物体沉浮条件：（开始是浸没在液体中）

法一：（比浮力与物体重力大小）

(1)F浮 <G 下沉；(2)F浮 >G 上浮（最后漂浮，此时F浮=G）

(3)F浮 = G 悬浮或漂浮

法二：（比物体与液体的密度大小）

(1) > 下沉；(2) < 上浮； (3) = 悬浮。（不会漂浮）

阿基米德原理：浸入液体里的物体受到的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。（浸没在气体里的物体受到的浮力大小等于它排开气体受到的重力）

阿基米德原理公式：

计算浮力方法有：

(1)称量法：F浮=G-F ，(G是物体受到重力，F 是物体浸入液体中弹簧秤的读数)

(2)压力差法：F浮=F向上-F向下

(3)阿基米德原理：

(4)平衡法：F浮=G物 (适合漂浮、悬浮)

六、浮力利用

(1)轮船：用密度大于水的材料做成空心，使它能排开更多的水。这就是制成轮船的道理。

排水量：轮船按照设计要求，满载时排开水的质量。排水量=轮船的总质量

(2)潜水艇：通过改变自身的重力来实现沉浮。

(3)气球和飞艇：充入密度小于空气的气体。

(4）密度计：测量液体密度的仪器，利用物体漂浮在液面的条件工作（F浮=G），刻度值上小下大。

第十五章 功和机械能

一、功

做功的两个必要因素：作用在物体上的力，物体在力的方向上移动的距离

功的计算：力与力的方向上移动的距离的乘积。W=FS。

单位：焦耳(J) 1J=1Nm

功的原理：使用机械时人们所做的功，都不会少于不用机械时所做的功。即：使用任何机械都不省功。

二、机械效率

有用功：为实现人们的目的，对人们有用，无论采用什么办法都必须做的功。

额外功：对人们没用，不得不做的功（通常克服机械的重力和机件之间的摩擦做的功）。

总功：有用功和额外功的总和。

计算公式：η=W有用/W总

机械效率小于1；因为有用功总小于总功。

三、功率

功率(P)：单位时间(t)里完成的功(W)，叫功率。

计算公式： 。单位：P→瓦特（w）

推导公式：P=Fv。（速度的单位要用m）

四、动能和势能

能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能（能量）。能做的功越多，能量就越大。

动能：物体由于运动而具有的能叫动能。

质量相同的物体，运动速度越大，它的动能就越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能就越大；其中，速度对物体的动能影响较大。

注：对车速限制，防止动能太大。

势能：重力势能和弹性势能统称为势能。

重力势能：物体由于被举高而具有的能。

质量相同的物体，高度越高，重力势能越大；高度相同的物体，质量越大，重力势能越大。

弹性势能：物体由于发生弹性形变而具的能。

物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。

五、机械能及其转化

机械能：动能和势能的统称。

（机械能=动能+势能）单位是：J

动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。

机械能守恒：只有动能和势能的相互住转化，机械能的总和保持不变。

人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。

第十六章 热和能

一、分子热运动

分子运动论的内容是：（1）物质由分子组成；（2）一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。（3）分子间存在相互作用的引力和斥力。

扩散：不同物质相互接触，彼此进入对方现象。

扩散现象说明：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

热运动：分子的运动跟温度有关，分子的无规则运动叫热运动。温度越高，分子的热运动越剧烈。

分子间的作用力：分子间有引力；引力使固体、液体保持一定的体积。分子间有斥力，分子间的斥力使分子已离得很近的固体、液体很难进一步被压缩。

固体、液体压缩时分子间表现为斥力大于引力。

固体很难拉长是分子间表现为引力大于斥力。

二、内能

内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫内能。

物体的内能与温度和质量有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。

一切物体在任何情况下都具有内能。

改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。

1、热传递：温度不同的物体相互接触，低温的物体温度升高，高温的物体温度降低，这个过程叫热传递。发生热传递时，高温物体内能减少，低温物体内能增加。

热量：在热传递过程中，传递的内能的多少叫热量（物体含有多少热量的说法是错误的）。单位：J。

2、做功：（1）对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，本身的内能会减少。

温室效应:太阳把能量辐射到地表，地表受热也会产生辐射，向外传递热量，大气中的二氧化碳阻碍这种辐射，地表的温度会维持在一个相对稳定的水平，这就是温室效应。大量使用化石燃料、砍伐森林，加剧了温室效应。

所有能量的单位都是：焦耳。

三、比热容

比热容（c ）：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热。

比热容是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质种类和状态相同，比热就相同。

比热容的单位是：J/(kg?℃)，读作：焦耳每千克摄氏度。

水的比热容是：C=4.2×103J/(kg?℃)，它表示的物理意义是：每千克的水当温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103焦耳。

热量的计算：

① Q吸=cm(t-t0)=cm△t升 （Q吸是吸收热量，单位是J；c 是物体比热容，单位是：J/(kg?℃)；m是质量；t0 是初始温度；t 是后来的温度。

② Q放 =cm(t0-t)=cm△t降

四、热机

热机原理：燃料燃烧把燃料的化学能转化为内能，内能做功又转化成机械能。

内燃机：燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气推动活塞做功。

常见内燃机：汽油机和柴油机。

内燃机的四个冲程：1、吸气冲程；2、压缩冲程（机械能转化为内能）；3、做功冲程内能转化为机械能）；4、排气冲程。

热值（q ）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫燃烧的热值。单位是J/kg或J/m3。

燃料燃烧放出热量计算：Q放 =qm；

热值是物质的一种特殊属性

热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。的热机的效率是热机性能的一个重要指标

在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。

五、能量的转化和守恒

例子：在一定的条件下，各种形式的能量可以相互转化；摩擦生热，机械能转化为内能；发电机发电，机械能转化为电能；电动机工作，电能转化为机械能；植物的光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧，化学能转化为内能。

能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。

第十六章、能源和可持续发展

一、 能源家族

化石能源:煤、石油、天然气是经过漫长的地质年代形成的，叫化石能源。

一次能源：可以从自然界直接获取的能源。（化石能源、水能、风能、太阳能、地热、核能等）

二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到的能源。（电能）

生物质能：由生命物质提供的能量。

不可再生资源：（化石能源、核能）不可能在短时间从自然界得到补充的能源。

可再生资源：（水、风、太阳能等）可以在自然界里源源不断地得到补充。

二、核能

核能：原子核分裂或聚合时产生的能量。

裂变：用中子轰击比较大的原子核，使其发生裂变，变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。

应用：核电、原子弹。

聚变：质量较小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能。

应用：氢弹。

三、太阳能

太阳—巨大的“核能火炉”

太阳是人类能源的宝库

太阳能的利用：1、利用集热器加热；2、利用太阳能电池发电。

四、能源革命

第一次能源革命：火的利用，柴薪为主要能源。

第二次能源革命：机械动力代替人类，由柴薪向化石能源转化。

第三次能源革命：以核能为代表。

能量转移和能量转化的方向性。

五、能源和可持续发展

能源消耗对环境的影响：空气污染和温室效应的加剧。水土流失和沙漠化。

未来的理想能源：1、必须足够丰富，可以保证长期使用；2、必须足够便宜，使大多数人用得起；3、技术必须成熟，可以保证大规模使用；4、必须足够安全、清洁，不污染环境。

1、 运动的自行车刹车后会停止运动，自行车停下来的原因是什么？

答案：运动的自行车车轮与地面间的摩擦是滚动摩擦，刹车后，车轮不易转动，车轮与地面的摩擦变为滑动，滑动摩擦比滚动摩擦大的多，所以自行车会停下。

2、知识点：测量长度时要估读到最小刻度植的下一位。

3、知识点：水银柱的高度是从玻璃管内水银柱的上表面到水银槽里水银面的竖直距离，因此，当玻璃管倾斜时，水银柱长度变大但高度不变。

4、物体在长度相等但粗糙程度不同的两水平面上做匀速直线运动，光滑段上做的功为W1，粗糙段上做的功为W2，求W1与W2的大小关系。

答案：W1＝W2

5、一小球放在光滑的车厢底版上，当车厢受到水平向右的力F时，车厢由静止开始做加速运动，在运动过程中，小球对地的运动情况是？

答案：静止。

6、甲乙两实心圆柱体放在水平地面上，它们对地面的压强相等（甲底面、高度都比乙小），求甲乙密度谁大，重力谁大？

答案：甲大。甲小。

7、刻度尺测得一物体长3。50CM，求这把刻度尺的最小刻度值。

答案：0.1CM

8、知识点：蒸发只在液体表面进行，而沸腾在表面及内部同时进行，蒸发较平和，沸腾较剧烈，蒸发可在任何温度进行，而沸腾在达到一定温度才能发生，蒸发自身及周围温度降低，沸腾温度不变。

9、知识点：温度——内能（一定） 内能——温度（不一定） 内能——热量（不一定） 热量——内能（一定） 温度与热量正反都是不一定

10、知识点：做功冲程特征：火花塞点火，活塞向下运动，转轴向左运动，不进气，不排气。

9、知识点：温度——内能（一定） 内能——温度（不一定） 内能——热量（不一定） 热量——内能（一定） 温度与热量正反都是不一定

10、知识点：做功冲程特征：火花塞点火，活塞向下运动，转轴向左运动，不进气，不排气。

11、知识点：凸透镜：物距在一倍焦距以内时，物距减小，像距减小，像也减小。物距大于一倍焦距时，物距增大，像距减小，像也减小。物距为一倍焦距时，不成像。

15．某地看见鱼在天上飞，鸟在水中游，原因是什么？

答案：鱼是光折射形成的虚象，鸟是光反射形成的实像。

16、航天员在完全失重的情况下可以做的运动？

答案：例：用弹簧测力器健身。跑步机上跑步、引体向上均不可。

17、静止在水平面上的汽车，汽车的重力与地面对汽车的支持力是相互作用力还是平衡力？

答案：平衡力。

18、知识点：连通器是只上断开口底部相通的容器。原理：当连通器中只有一种液体且不流动时，各容器液面相平。

19、做托里拆利实验时，测得的大气压强植比真实值小，原因是？

答案：玻璃管内混入少量空气。

20、一下粗上细的容器中装有水，水对容器地面压力为15N，再把一重2N的蜡块放入容器中，蜡块漂浮，水不溢出容器，放入蜡块后，水对容器地面压力与17N大小关系？

答案：大于17N。

21、一冰块放入等温的水中，露出液面且重力大于浮力，当冰完全融化后，水位如何变化？

答案：上升。

22、知识点：做功必须满足：有力作用在物体上，且物体在力的方向上通过一段距离。

23、某人想把5N的物体提高1M，做功最少的是？1、徒手2、动滑轮3、斜面4、定滑轮？

答案：徒手。

24、自然伸展的弹簧具有什么机械能？

答案：无。

25、场景：云南过桥米线。找出物理现象并作解释。

答案：1不冒热气：油减缓了水的蒸发2形成油膜：油的密度比空气小。3、肉被烫熟：汤与肉发生了热传递。

26、知识点：做功与热传递在增加物体内能上是等效的。

27、小刚用照相机拍一水底美景，水排掉后，小刚不动，他应将镜头前伸还是后缩？

答案：后缩。

28．一苍蝇停在照相机镜头前，拍出照片会怎样？

答案：没苍蝇但会暗一些。

29、小刚想验证自己的橡胶球弹性好，还是小明的好，他可以？

33、公路上有一辆汽车（汽油）和一辆拖拉机发生故障，经检验都是蓄电池坏了不能启动，这时有人建议把它们推动后，什么车可以开行？

答案：拖拉机。

34、知识点：地磁南极在地理北极的附近，地磁北极在地理南极的附近。

生活科技知识：高新科技

1.信息高速公路

“信息高速公路”最早是由原美国副总统戈尔在1993年提出的，其具体定义是：“国家信息基础结构是一个能给用户提供大量信息的、由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备网络”。信息高速公路由四大部分组成，它们是通信网、各种信息网服务设备、相关的软件与工具、信息资源。

2.4G

4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G、WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。其最大的数据传输速率是3G速率的50多倍。

3.智慧地球

智慧地球也称为智能地球，核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。这一概念由IBM首席执行官彭明盛首次提出。

4.卫星通信

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，在两个或两个以上地面站之间进行的通信。只要在定点同步轨道上等距离分布3颗卫星，即可实现除南北极地区以外全球范围内的通信。利用这一原理,于1999年10月开通的“全球星”低轨移动卫星通信系统，实现了全球移动电话漫游和全球寻呼。

5.云计算

云计算概念是由Google提出的。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。

6.高性能工程塑料

高性能工程塑料，具有许多金属材料难以比拟的优点：重量轻、强度高、耐磨损、不生锈、成本低。一辆汽车如果采用全塑料车身，再加上使用陶瓷发动机，车的自重可减轻一半，效率可提高50%以上。

7.新型复合材料

玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料是近年来发展较快的新型复合材料。玻璃钢是一种玻璃纤维增强塑料，其强度可与钢相媲美，是目前产量高、用途广的一种复合材料。用碳纤维—陶瓷复合材料制作的新型高速喷气机涡轮叶片，能承受1400℃的高温和每分钟3万转的高转速，在重量上比钛合金叶片轻一半。随着碳纤维复合材料在飞机上的大量应用，飞机重量有可能减轻50%。

8.超导材料

由荷兰物理学家昂尼斯发现。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。超导材料有两个极具利用价值的特性：一是零电阻性，利用超导体可最大限度地降低超高压输电的损耗二是磁悬浮性，超导悬浮技术现在被用在无磨损轴承、磁悬浮列车，以及粒子加速器、核聚变反应堆的研制上。

9.太阳能

太阳能一般是指太阳光辐射的能源，是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能的利用主要有三种形式：光热转换、光电转换和光化学转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

10.生物质能

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。

11.核能

核能又称原子能，包括裂变能和聚变能两种主要形式。核裂变主要应用于核能发电，技术应用比较成熟。核聚变则有几大优点：安全、无污染、高效，核能中聚变能是一种无限、清洁、安全的理想能源。核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染，也不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

12.海洋能

海洋能是海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋中。海洋能主要包括：温度差能、盐度梯度能、海流能、潮汐能和波浪能等，主要用于发电。海洋能的蕴藏量大，并且可以再生不绝。但能流的分布不均、密度低，且能量多变、不稳定，因此海洋能利用率较低。

13.蛋白质

蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。

蛋白质是一种复杂的有机化合物，由氨基酸分子呈线性排列所形成，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。目前在绝大多数已鉴定的天然蛋白质中发现的氨基酸有20种，不过在自然界中还存在着一些特殊的氨基酸。

14.DNA

遗传过程实质上是遗传物质传递的过程。遗传信息的传递是依靠DNA的复制过程进行的。DNA存在于生物体的每一个细胞中。1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出DNA的双螺旋结构。

15.转基因食品

转基因食品是利用现代分子生物技术，将某些生物(包括动物和植物)的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。

16.量子力学

量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。2009年8月，我国建成世界首个全通型量子通信网络。量子保密通信技术基于量子力学原理，能确保两地之间密匙分配的绝对安全性。

17.空间资源

宇宙空间或太空也称外层空间，是指地球稠密大气层之外的空间区域。1981年召开的国际宇航联合会第32届大会，分别将陆地、海洋、大气层和外层空间称为人类的第一、第二、第三和第四环境。

18.海洋能源开发工程

海洋能源是海洋中的可再生自然能源，主要包括潮汐的温差能、波浪能、海流能等。

二、生活中的科技常识

1.物理常识

(1)挂衣钩：塑料挂衣钩紧贴在墙面上时，塑料吸盘与墙壁间的空气被挤出，大气压强把塑料吸盘紧压在墙壁上。挂上衣服或书包后，塑料吸盘与墙壁产生的摩擦力，以平衡衣服或书包的重力，所以能挂住衣服或书包。

(2)汽车前窗：除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的。当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在车的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉，避免因平面镜成像而造成事故。

(3)水管出汗：夏天，自来水管“出汗”并不是管内的水渗漏，而是自来水管大都埋在地下，水的温度较低，空气中的水蒸气接触水管，就会放出热量液化成小水滴附在外壁上。如果管壁大量“出汗”，说明空气中水蒸气含量较高，湿度较大，这正是下雨的前兆。

2.化学常识

(1)食品保存：为了防止食品受潮、变质或变形，常在食品袋内充入二氧化碳或氮气或在袋内放干燥剂：生石灰、氯化钙主要是吸水，铁主要是吸收氧气和水或采取真空包装。

(2)雨后空气清新：夏日雷雨过后，人们会感到空气特别清新，是因为在闪电时，发生了化学变化，空气中的有些氧气变成了臭氧。浓的臭氧很臭，具有很强的氧化能力，能够漂白与杀菌。稀薄的臭氧会给人以清新的感觉。雷雨后，空气中会弥漫着少量的臭氧，因此人们会感到空气清新。

3.医学常识

(1)药物过敏：患者首先应该多喝些温开水，便于药物尽快排泄，同时要留意身体变化。如果出现较严重的过敏症状，可采取必要的急救措施，如服用抗组织胺、收缩血管的药物，或注射皮质激素等。

(2)服药时间：宜安排在饭前服用的药物一般对胃无多大刺激，饭前胃空，服药后能充分吸收、可使药物保持有效浓度，迅速发挥药效。对胃肠有明显的刺激的药物，最好饭后服用。有些药物，如胃酶片、淀粉酶、稀盐酸等需要和食物在一起，才可及时且最大地发挥助消化作用，为此，这些药物宜在饭中服用。为了使药物迅速进入肠内并保持高浓度，有些药物宜在清晨空腹服用。

4.电器常识

(1)3D电视：三维立体影像电视的简称。它利用人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉这个原理，把左右眼所看到的影像分离，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉。3D液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D画面。

(2)LED：即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。鉴于LED的自身优势，目前主要应用于显示屏、交通讯号、汽车工业、家用室内照明等。

5.自然现象

(1)震前征兆：地震前，动物会烦躁不安。如:大量老鼠白天在外活动，猫、狗等因为恐慌狂吠大叫，大量鱼跃出水面，大批青蛙、蟾蜍上岸活动，家畜没有食欲，家里出现大量蟑螂、蚂蚁，牛、马不进圈，鸽子、野鸭不回巢，冬天蛇不冬眠出洞乱爬等。

(2)海鸥识天气：海鸥是海上航行安全的“预报员”。如果海鸥贴近海面飞行，那么未来的天气将是晴好的如果它们沿着海边徘徊，那么天气将会逐渐变坏如果海鸥离开水面，高高飞翔，成群结队地从大海远处飞向海边，或者成群的海鸥聚集在沙滩上或岩石缝里，则预示着暴风雨即将来临。

(3) 极光现象：当太阳放射出来的大量带电微粒射向地球时，受到地球南、北磁极的吸引，纷纷向南、北极地区涌入，所以，极光就集中出现于南、北极地区。

6.急救常识

(1)骨折：确定有骨折后，一定要对伤肢(指)作固定再送医院，否则骨折断端异常活动，会加重损伤。可因地制宜，用木板、木棍、树枝、竹竿、杂志等作为固定用的临时夹板。若无上述材料，也可将上肢固定在躯干上，下肢固定在对侧的健肢上。

(2)中暑：轻中度中暑者，应将其迅速转移到阴凉通风处静卧休息，脱掉或解开衣服，用冷毛巾擦身，以迅速降低体温。可让中暑者喝一些凉盐水、清凉含盐饮料。若患者出现神志不清、抽搐，应立即送医院。

(3)蜂蜇伤：外出郊游一旦被蜜蜂蜇伤，应小心地将残留的毒刺拔出，轻轻挤捏伤口，挤出毒液，涂一点氨水或苏打水。若是被黄蜂蜇伤，应涂醋酸水，以中和毒液。局部冷敷可减轻肿痛。若出现恶心、头晕等异常反应，应立即去医院就诊。

7.安全常识

(1)安全色的识别：安全色中的红色表示禁止、停止、消防和危险的意思黄色表示注意、警告的意思蓝色表示指令、必须遵守的规定绿色表示通行、安全和提供信息的意思。

(2)触电急救：当发现有人触电时，尽快找到电闸，切断电源是当务之急。如果暂时找不到电源，可就近找一样绝缘的东西，如木棍或塑料管子，挑开触电者与电源的接触，然后检查触电者的反应。如果发现其已经没有了心跳和呼吸，应立即就地对其进行人工呼吸和胸外按压，同时让别人拨打急救电话。

(3)火灾应急：如果门窗、通道、楼梯已经被烟火封住，确实没有可能向外冲时，可以向头部、身上浇一些冷水，或者用湿毛巾、湿被单把头包好，用湿棉被、湿毯子把身体裹好，再从火里冲出去。因为湿的东西不易燃烧，所以裹上湿东西可以保护自己。如果浓烟太大，呛得透不过气，可以用口罩或者毛巾捂住口鼻，身体尽量贴着地面前进，或者爬行，因为浓烟一般都在上面漂浮着，接近地面的区域烟较少。

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