[物理]潮汐現(xiàn)象研究

1、XXXXX 中學(xué)研究性學(xué)習(xí)論文課 題 潮汐現(xiàn)象研究年 級 高一年級班 級 XXXX班學(xué)生姓名 XXXXXX 指導(dǎo)教師 XXXXXXXXXX年 XX 月一、潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象是指海水在天體(主要是月球和太陽引潮力作用下所產(chǎn)生的周期 性運動, 習(xí)慣上把海面鉛直向漲落稱為 潮汐 , 而海水在水平方向的流動稱為 潮流 。二、潮汐現(xiàn)象的假設(shè)凡是到過海邊的人們,都會看到海水有一種周期性的漲落現(xiàn)象:到了一定時 間,海水推波逐瀾,迅猛上漲,達到高潮;過后一些時間,上漲的海水又自行退 去,留下一片沙灘,出現(xiàn)低潮。如此循環(huán)重復(fù),永不停息。海水的這種運動現(xiàn)象 就是潮汐。到了 17世紀 80年代,英國科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了

2、萬有引力定律 之后,提 出了潮汐是由于月亮和太陽對海水的吸引力引起的假設(shè),科學(xué)地解釋了產(chǎn)生潮汐 的原因。三、潮汐的分類事實上潮汐有多種,就海洋潮汐而言,就有根據(jù)太陽、月亮、地球排列位置 分的“ 大潮 ”和“ 小潮 ”;根據(jù)月球與地球距離分的“ 近地潮 ”和“ 遠地潮 ”; 根據(jù)引潮力方向分的“ 順潮 ”和“ 對潮 ”。以一晝夜高、低潮出現(xiàn)次數(shù)的不同又可分為以下幾類:半日潮 ,是指一晝夜 內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮; 全日潮 ,是指一晝夜內(nèi)只有一次高潮和一次低潮; 混合潮 ,是指一個月內(nèi)有些日子出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮,有些日子出現(xiàn)一次高 潮和一次低潮。所以潮汐現(xiàn)象不僅僅是一晝夜中海水的兩漲兩落現(xiàn)象

3、。四、引潮力地球在繞著太陽高速運動的同時,也繞著地球的軸在自轉(zhuǎn),所以地球是一個 非慣性系。在非慣性系中,存在一個慣性力。隨著地球的自轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的海水,一 方面受到慣性力的作用,同時也受到月球?qū)Ｋ娜f有引力的作用。月球?qū)Ｋ?的萬有引力跟月球距海水的距離有關(guān),致使月球?qū)Ｋ囊Σ痪鶆?所以不同 處海水受到的慣性力與月球?qū)Ｋ娜f有引力的合力就不同。我們把海水的慣性 力與月球?qū)Ｋ娜f有引力的合力叫 引潮力 。五、引潮力的計算(1月球的引潮力公式以地月兩球心的連線為平面坐標系的 z 軸,垂直于地月連線的直線為 y 軸,以地心為坐標系的原點。則對地心有 0=+=慣 引 合 F F F,其中 引 F

4、 為月球?qū)Φ厍虻娜f有引力, 慣 F 為地球的慣性力。 由此式得:2r M GMF F 月 地引 慣 -=-=, 式中 地 M 、 月 M 分別表示地、月兩球的質(zhì)量, r表示地月兩球球心間的距離。 地球?qū)τ诘厍蛏先我馓幍暮Ｋ?m 來說,不論哪個方位的海水,其受到的慣性力是 3r r m GMF ''-=月慣 ,同樣對于地球上任意方位的海水,其受到月球的萬有 引力是 3r r m GM F ''=月 引 , r '是 m 的海水 P 到月球的距離,所以海水的引潮為:引 慣 潮 F F F+=。海水的引潮力在 x 、 y 軸上的分力分別為:(23cos r m

5、 GM r R r m GM F F F x x '-'-=-=月月慣 引 潮 , 3cos r mR GMF F y y '-=月引 潮 , cos 222Rr R r r -+=',所以, (22322cos 2cos r m GM Rr R r R r m GM F x -+-=月 月 潮 , 又因為 R r >,所以, (1cos 222<+R r Rr . 根據(jù)泰勒級數(shù):(! 12122! 212221122n x n x x x n +-+-+=+ ,所以 (23cos 31cos r m GM r r R R r m GM F x -+

6、-月 月 潮 .整理得:3cos 2r mR GM F x =月 潮 . 由兩式得月球?qū)Ｋ囊绷τ?3cos 2月地 月月潮 r mR GMF x =, 3sin 月地 月月潮 r mR GMF y -=,所以, 32cos 3月地 月 月潮 r mR GM F +=. (2太陽對海水的引潮力公式同理,太陽對海水的引潮力有:3cos 2日地 日 日潮 r mR GM F x =,3sin 日地 日 日潮 r mR GM F y -=,32cos 3日地日 日潮 r mR GM F +=.(3月球和太陽對潮汐現(xiàn)象的影響由月球、太陽的引潮力公式可知:月球和太陽對近月、近日一側(cè)海水的引大 小分別

7、為:3cos 2月地 月月潮 r mR GMF =, 3cos 2日地 日 日潮 r mR GM F = 。根據(jù)已知的數(shù)據(jù):30210M kg=日 , 227.3510M kg =月 , m r 11105. 1=日地 , m r 81084. 3=月地 ,代入可得:5:11:=日潮 月潮 F F ?？梢? 月球的引潮力比太陽的引潮力大, 月球?qū)Τ毕F(xiàn)象的貢獻比太陽的大。 所以說 月球 對潮汐的大小起主要影響。六 、潮汐發(fā)電潮汐能是一種潔凈無污染、蘊藏量豐富的 可再生新能源 。我國海岸線漫長曲 折, 蘊藏著豐富的潮汐能資源。 開發(fā)和利用潮汐能 , 進行潮汐發(fā)電對于緩解我國能 源危機具有重大意義

8、。本文從潮汐形成的原因分析了潮汐現(xiàn)象,介紹幾種潮汐的應(yīng)用,重點介紹了潮汐發(fā)電。在可支配的資源日益匱乏的今天 , 探索和開發(fā)潮汐 發(fā)電 , 是解決未來 世界能源危機 的有效辦法之一。據(jù) 1974年能源會議統(tǒng)計,全球海洋中所蘊藏的潮汐能約有 30億 kw , 可供開 發(fā)的約占 2%,即約 400萬 kw 。全球電力市場在 2000年已達 8000億美元并繼續(xù) 呈上升趨勢,但是,仍有 2億人的用電需求得不到滿足,發(fā)展中國家的用電量以 每 8年翻一番的速度在增長。在滿足用電需求的同時,降低石油等非再生資源的 消耗, 減少環(huán)境污染, 開發(fā)新型環(huán)保電站迫在眉睫, 我國至今開發(fā)的潮汐能很少, 潮汐能作為一種

9、清潔可再生能源,開發(fā)潛力巨大。(1潮汐發(fā)電的原理潮汐發(fā)電的工作原理與常規(guī)水力發(fā)電的原理類似 , 它是利用潮水的漲、落產(chǎn) 生的水位差所具有的勢能來發(fā)電。差別在于海水與河水不同 , 蓄積的海水落差不 大 , 但流量較大 , 并且呈間歇性 , 從而潮汐發(fā)電的水輪機的結(jié)構(gòu)要適合低水頭、 大流量的特點。具體地說 , 就是在有條件的海灣或感潮河口建筑堤壩、閘門和廠 房 , 將海灣 (或河口 與外海隔開圍成水庫 , 并在閘壩內(nèi)或發(fā)電站廠房內(nèi)安裝水輪 發(fā)電機組。海洋潮位周期性的漲落過程曲線類似于正弦波。對水閘適當?shù)剡M行啟 閉調(diào)節(jié) , 使水庫內(nèi)水位的變化滯后于海面的變化 , 水庫水位與外海潮位就會形成 一定的高

10、度差 (即工作水頭 , 從而驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。從能量的角度來看 , 就 是將海水的勢能和動能 , 通過水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能的過程。 由于潮水的流動方 向是不斷改變的 , 因此就使得潮汐發(fā)電出現(xiàn)不同的類型 , 即單庫單向型、單庫雙 向型和雙庫單向型 3種。(2潮汐發(fā)電的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景海洋潮汐能的開發(fā)現(xiàn)狀潮汐能發(fā)電是利用海水漲、落潮的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。潮汐能發(fā)電是在海洋能 中發(fā)展最早、規(guī)模最大和技術(shù)最成熟的一種。 19世紀末和 2O 世紀初人們就開始研 究利用潮汐發(fā)電, 1913年法國建成了世界第一座實驗性潮汐發(fā)電站。目前世界上 潮汐發(fā)電的設(shè)備日臻完善、技術(shù)日趨成熟,將潮汐發(fā)電于電網(wǎng)并網(wǎng)的經(jīng)濟

11、可行性 得到證明,美國、日本和英國等國家正積極建設(shè)經(jīng)濟性完好的大型潮汐發(fā)電站。 我國海洋能開發(fā)已有近幾十年的歷史, 迄今已建成潮汐電站 8座, 但是現(xiàn)有潮汐電 站整體規(guī)模和單位容量還很小,單位千瓦造價高于常規(guī)水電站。自 1985年起,華潮汐現(xiàn)象研究 東地區(qū)的浙江、福建對幾個萬千瓦級潮汐電站址進行了考察、勘測和規(guī)劃設(shè)計并 做了可行性研究等大量的前期準備工作。由于技術(shù)水平方面的原因，目前我國現(xiàn) 仍停留于小型潮汐電站水平上， 尚不能制造新型5000 kw 以上適于潮汐發(fā)電的高效 能機組，從而使潮汐發(fā)電的單千瓦造價仍略高于常規(guī)能源。目前存在的關(guān)鍵問題 是：中型潮汐電站水輪發(fā)電機組技術(shù)問題沒有完全解決；

12、水輪發(fā)電機組尚未定型 標準化；海水工程建筑物的施工技術(shù)還比較落后。如果解決了這些問題，潮汐能 將是一個重要補充能源。 潮汐發(fā)電開發(fā)意義和應(yīng)用前景 我國幅員遼闊，但能源資源并不豐富，且人均資源占有率低。中國人口占世 界的20%，而已探明的煤炭儲量只占世界的11%，原油占2.2%，天然氣占1.2%；人 均煤炭資源為世界平均值的42.5%，人均石油資源為17.1%，人均天然氣資源為 13.2%，人均能源資源占有量不到世界平均水平的50%。伴隨著中國經(jīng)濟的快速增 長，中國的能源儲量與未來幾十年的發(fā)展需求之間的缺口將越來越大。目前國內(nèi) 能源缺口量約1億 t 標準煤，2030年約為2.5億 t 標準煤。按

13、照專家的估算我國煤炭 剩余可采量為1900億 t ，可供開采不足百年；石油剩余可采量為23億 t ，可供開采 不足20年；天然氣剩余可采量為6310億 m 3 ，可供開采不足40年。在我國能源的品 種構(gòu)成中，優(yōu)質(zhì)能源比例很低。目前，煤炭消費量已經(jīng)占我國一次能源消費總量 的75%以上，相當于世界同類平均值3倍。煤煙型污染成為我國大氣污染的主要部 分，燃煤電廠排放的二氧化硫和氮氧化物是造成酸雨的主要原因。2005年我國二 氧化碳排放量占全球總量的18%，居全球第二，并呈增長趨勢。專家預(yù)測，不久以 后我國二氧化碳排放量將超過美國居全球第一， 成為全球最大的溫室氣體排放國。 如何在經(jīng)濟發(fā)展的同時，抑制住礦物能源消耗的急劇增長，對我國將是嚴峻的考 驗。潮汐能是一種不會給未來地球人類帶來污染和災(zāi)難的能源，在有條件利用潮 汐能的沿海國家和地區(qū),建設(shè)潮汐電站不失為緩解能源危機的一種有效方案。 我國的海域遼闊、海岸線長，大陸海岸線長達18000 km ，加上6500多個海島 的岸線， 岸線長度在32000 km 以上。 據(jù)對全國可開發(fā)裝機容量200 kw 以上的424 處 港灣壩址的調(diào)查資料表明，我國的潮汐能蘊藏量為1.1億 kw ，可開發(fā)總裝機容量 為2179萬 kw ，年發(fā)電量624億 kw