1、XXXXX 中學研究性學習論文課 題 潮汐現象研究年 級 高一年級班 級 XXXX班學生姓名 XXXXXX 指導教師 XXXXXXXXXX年 XX 月一、潮汐現象潮汐現象是指海水在天體(主要是月球和太陽引潮力作用下所產生的周期 性運動, 習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、潮汐現象的假設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,出現低潮。如此循環重復,永不停息。海水的這種運動現象 就是潮汐。到了 17世紀 80年代,英國科學家牛頓發現了

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,科學地解釋了產生潮汐 的原因。三、潮汐的分類事實上潮汐有多種,就海洋潮汐而言,就有根據太陽、月亮、地球排列位置 分的“ 大潮 ”和“ 小潮 ”;根據月球與地球距離分的“ 近地潮 ”和“ 遠地潮 ”; 根據引潮力方向分的“ 順潮 ”和“ 對潮 ”。以一晝夜高、低潮出現次數的不同又可分為以下幾類:半日潮 ,是指一晝夜 內出現兩次高潮和兩次低潮; 全日潮 ,是指一晝夜內只有一次高潮和一次低潮; 混合潮 ,是指一個月內有些日子出現兩次高潮和兩次低潮,有些日子出現一次高 潮和一次低潮。所以潮汐現象不僅僅是一晝夜中海水的兩漲兩落現象

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,所以地球是一個 非慣性系。在非慣性系中,存在一個慣性力。隨著地球的自轉而旋轉的海水,一 方面受到慣性力的作用,同時也受到月球對海水的萬有引力的作用。月球對海水 的萬有引力跟月球距海水的距離有關,致使月球對海水的引力不均勻,所以不同 處海水受到的慣性力與月球對海水的萬有引力的合力就不同。我們把海水的慣性 力與月球對海水的萬有引力的合力叫 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、 為月球對地球的萬有引力, 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、月兩球的質量, r表示地月兩球球心間的距離。 地球對于地球上任意處的海水 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 . 根據泰勒級數:(! 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 . 由兩式得月球對海水的引潮力有: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 = 。根據已知的數據: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 。可見, 月球的引潮力比太陽的引潮力大, 月球對潮汐現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。 開發和利用潮汐能 , 進行潮汐發電對于緩解我國能 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象,介紹幾種潮汐的應用,重點介紹了潮汐發電。在可支配的資源日益匱乏的今天 , 探索和開發潮汐 發電 , 是解決未來 世界能源危機 的有效辦法之一。據 1974年能源會議統計,全球海洋中所蘊藏的潮汐能約有 30億 kw , 可供開 發的約占 2%,即約 400萬 kw 。全球電力市場在 2000年已達 8000億美元并繼續 呈上升趨勢,但是,仍有 2億人的用電需求得不到滿足,發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, 減少環境污染, 開發新型環保電站迫在眉睫, 我國至今開發的潮汐能很少, 潮汐能作為一種

9、清潔可再生能源,開發潛力巨大。(1潮汐發電的原理潮汐發電的工作原理與常規水力發電的原理類似 , 它是利用潮水的漲、落產 生的水位差所具有的勢能來發電。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 , 從而潮汐發電的水輪機的結構要適合低水頭、 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 , 并在閘壩內或發電站廠房內安裝水輪 發電機組。海洋潮位周期性的漲落過程曲線類似于正弦波。對水閘適當地進行啟 閉調節 , 使水庫內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 , 從而驅動水輪發電機組發電。從能量的角度來看 , 就 是將海水的勢能和動能 , 通過水輪發電機組轉化為電能的過程。 由于潮水的流動方 向是不斷改變的 , 因此就使得潮汐發電出現不同的類型 , 即單庫單向型、單庫雙 向型和雙庫單向型 3種。(2潮汐發電的現狀和應用前景海洋潮汐能的開發現狀潮汐能發電是利用海水漲、落潮的能量轉變為電能。潮汐能發電是在海洋能 中發展最早、規模最大和技術最成熟的一種。 19世紀末和 2O 世紀初人們就開始研 究利用潮汐發電, 1913年法國建成了世界第一座實驗性潮汐發電站。目前世界上 潮汐發電的設備日臻完善、技術日趨成熟,將潮汐發電于電網并網的經濟

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

12、水輪發電機組尚未定型 標準化；海水工程建筑物的施工技術還比較落后。如果解決了這些問題，潮汐能 將是一個重要補充能源。 潮汐發電開發意義和應用前景 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%。伴隨著中國經濟的快速增 長，中國的能源儲量與未來幾十年的發展需求之間的缺口將越來越大。目前國內 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 種構成中，優質能源比例很低。目前，煤炭消費量已經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。 如何在經濟發展的同時，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難的能源，在有條件利用潮 汐能的沿海國家和地區,建設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。 據對全國可開發裝機容量200 kw 以上的424 處 港灣壩址的調查資料表明，我國的潮汐能蘊藏量為1.1億 kw ，可開發總裝機容量 為2179萬 kw ，年發電量624億 kw