48、能源和可持续发展

卓越个性化教学讲义PAGEPAGE1047、能源和可持续开展一、教学目标1、知道能源的分类，了解化石能源、一次能源、二次能源、生物质能的概念，知道哪些属于不可再生能源，哪些属于可再生能源2、认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化3、了解核能、裂变、链式反响和聚变的有关知识，知道核能的优点和可能带来的问题4、初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库5、大致了解太阳能的利用方式6、常识性了解能量转化技术为人类带来的便利，初步了解能量转移和能量转化的方向性7、识能源消耗对环境的影响，知道节约能源的重要性，提高环保意识8、知道未来的理想能源二、教学重点1、常识性了解原子核的组成2、了解核能的优点和可能带来的问题。3、能量转化和转移的方向性，能源可持续开展三、教学难点1、掌握各种规律中能源转化的方式材2、理解能源转化的方向，了解能源问题对社会开展的影响3、知道地球上大多能源都来自于太阳四、根底知识四、根底知识〔一〕、能源家族1、能源但凡能提供能量的物质资源叫能源，日常生活中常用的能源有柴薪、煤、天然气、电、汽油、柴油等等。知识拓展：在地球内部，由于放射性元素在蜕变时不断地发出大量的热，使地球成为一个大热库，它主要通过火山爆发、喷泉、温泉等途径，源源不断地把内部的热量带到地面上来，这就是地热能。在目前条件下，地热能可利用的主要是地热蒸汽和地下热水，我们称之为“地热资源〞。我国地热资源十分丰富，已经发现的天然温泉就有2000处以上，温度大多在60℃以上，个别地方达100～140℃。在西藏、云南等省还发现了地热湿蒸汽田。2、各种各样的能源根据是否可以直接获得，可将能源分为一次能源和二次能源；根据是否可以在短期内获得补充，可将能源可分为可再生能源和不可再生能源。〔1〕一次能源：可以从自然界直获取的能源，其中包括化石能源、生物质能、水能、风能等。①化石能源：千百万年前埋在地下的动植物遗体经过漫长的演变形成的。如：煤、石油、天然气等。②生物质能：由生命物质提供的能量。如：各种动植物储存的化学能。要点提示：除了化石能源外，一次能源中还包括水能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能以及核能等，煤炭、石油和天然气是当今世界中一次能源的三大支柱，构成了全球能源家族结构的根本框架。〔2〕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，如电能、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源，其中，电能是最主要的二次能源。〔3〕不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源，如：化石能源、核能等。〔4〕可再生能源：可以在自然界中源源不断得到补充的能源，如太阳能、风能、水能等。有的能源既属于这种分类，也属于那一种分类，呈现出交叉的情况，这主要是因为从不同的角度对能源进行分类的缘故。分类方法常规能源新能源一次能源不可再生能源化石能源核能可再生能源生物质能风能、太阳能二次能源电能氢能〔二〕、核能1、物质的组成一切物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，原子由质子、中子、电子三种粒子组成。质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。质子和中子的质量比电子大得多。2、核能定义：原子核分裂或聚合过程中释放的巨大能量。疑点剖析：质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，致使原子核十分牢固，一旦使原子核分裂或聚合，就会释放出惊人的能量，这就是核能。获得核能的方式：核裂变、核聚变。3、裂变定义：用中子轰击铀235使其裂变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大能量的现象。知识拓展：裂变能是重金属元素的原子核通过裂变而释放的巨大能量，因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反响堆会产生长时期放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的开展。链式反响：原子核发生裂变时，裂变自行持续的现象称为链式反响。应用：如果原子核的链式反响在可控制的核反响堆中进行，就可和平利用核能发电，如核电站、核潜艇等就是利用核裂变的链式反响释放的巨大能量。知识拓展：如果原子核的链式反响不加控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，如原子弹爆炸时发生的链式反响，是不加控制的。4、聚变质量很小的原子核，如氘与氚在超高温下结合成新的原子核，释放出更大的核能，这就是聚变，也称为热核反响。〔三〕、太阳能1、太阳的结构由内向外依次由太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气组成。要点提示：太阳是太阳系的中心天体，是太阳系里唯一的一颗恒星，也是离地球最近的一颗恒星，太阳是个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心，太阳从中心到边缘可分为太阳核心、辐射层、对流层和太阳大气，太阳大气的主要成分是氢〔质量约占71%〕与氦〔质量约占27%〕。2、太阳能的来源在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的能量。知识拓展：太阳能量的99%是由太阳核心的热核反响产生的，太阳的核心温度高达1500万摄氏度，压力相当于2500亿个大气压，核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍，在这里发生着核聚变，每秒钟有七亿吨的氢被转化成氦，聚变产生的能量通过对流和辐射过程向外传送，核心产生的能量需要通过数千年才能到达外表。太阳中心的热核反响足以维持100亿年，太阳目前正处于中年期。3、太阳能的特点①清洁无污染，取之不尽、用之不竭，太阳这个巨大的“核能火炉〞已稳定“燃烧〞了50亿年，再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。②×1023×1014kW。4、太阳能的利用间接利用：〔1〕绿色植物的“光化转换〞，通过植物的光合作用将太阳能储存起来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等形式释放出来，实现光能转化为化学能。〔2〕空气水分的“光机转换〞。由于太阳的热辐射，使大气和水分升腾循环，再通过风、水等形式释放出来，实现光能转化为机械能。直接利用：〔1〕太阳能热水器的“光热转换〞实现光能转化为热能；〔2〕太阳能电池的“光电转换〞实现光能转化为电能。〔四〕、能源革命1、能源革命什么是能源革命：人类历史上不断进行着能量转化技术的进步，这就是所谓的能源革命。人类所从事的一切活动，都要消耗能量，而能量的利用通常要进行转化才行，如人们现在乘坐的汽车、火车、轮船，是通过内燃机将燃料的化学能转化为机械能加以利用，用电饭煲煮饭，是将电能转化为内能加以利用。深化升华：能源革命使社会生产力不断提高，社会物质财富、精神财富不断开展，给人类生活带来了深远影响，导致了人类文明的跃进。意义：能源革命导致了人类文明的跃进。2、人类利用能源的阶梯①太阳能是远古人类唯一利用的能源。②人类今天的文明与开展经历了三次能源革命。第一次：人工取火。使人类由“茹毛饮血〞到“刀耕火种〞，柴薪能源的开发和应用，带动了畜牧渔业的开展，而且直接导致了陶器的产生，加快了金属的冶炼和制造业的开展。第二次：蒸汽机的创造。蒸汽机的创造应用推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会，使人类又步入电气时代。第三次：可控核能的应用。以核燃料为主要能源，为人类提供了更平安、更经济、效率更高的能源。3、能量转移和转化是有方向的水从高处往低处流，高温物体能将热量传给低温物体……自然界中许多自发的过程都有方向性，能量的转移和转化也是有方向性的。4、能源的利用是有条件的，也是有代价的在能量转化或转移时，要消耗其他能量，有的东西可以成为能源，有的却不能。如风具有机械能，因其开发本钱低，且无污染，风能成为一种正在开发利用的新能源。〔五〕、能源危机与可持续开展1、21世纪的能源趋势能源危机：由于扩军备战或生活中的浪费挥霍，使现有主要能源〔煤、石油、天然气等〕供不应求，或这些能源将耗尽时，人类尚未找到足以替代它们的物质和措施，因而造成公众严重恐慌，并由此产生经济混乱和社会的不安定。解决能源危机的途径：必须不断开发新能源，提高能源的利用率，同时要节约能源，这是解决能源问题的主要途径。深化升华：由于能量的转移和转化具有方向性，目前作为人类主要能源的化石能源正被逐渐消耗，储存日渐减少，世界对化石能源的使用存在着严重的危机，节约现有能源、开发和利用新能源，已成为当前十分紧迫的大问题。2、人类在消耗各种能源时，不可防止地会对环境造成破坏空气污染：是指空气中某些有毒物质的含量超过正常值或空气的自净能力。温室效应：在环境科学中指大气中的二氧化碳等能吸收地面反射的红外线，使近地表层气温增高的现象。难点剖析：大气中的二氧化碳等浓度增加，破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，就像“温室〞一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体〞，二氧化碳是数量最多的温室气体，约占大气总容量的0.03%，其他少量气体也会产生温室效应，其中有的温室效应比二氧化碳还强。水土流失：是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬运和沉淀的整个过程。难点剖析：在自然状态下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢，常与土壤形成过程处于相对平衡状态，因此坡地还能保持完整，这种侵蚀称为自然侵蚀，也称为地质侵蚀。在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动，流失过程加速，即发生水土流失。沙漠化：干旱、半干旱地区生态平衡遭到破坏而使绿色原野逐步变成类似沙漠的现象。3、未来理想能源常规能源：也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。深化升华：常规能源是根据能源的使用情况来划分的，按照这种分类方法，与常规能源相对应的是新能源，即以新技术为根底，系统开发利用的能源，常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源，新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等。未来理想能源：是具有可持续开展意义上的能源，用以取代目前人类广泛使用的常规能源，并能克服这些能源在使用中所暴露出的缺点或缺乏，防止在使用过程中对人类生存环境造成不良影响。未来理想能源应满足的条件：〔1〕必须足够丰富；〔2〕必须足够廉价；〔3〕必须技术成熟；〔4〕必须平安、清洁。五、例题一、1、以下各种说法中正确的选项是〔〕A．太阳能是不可再生能源B．电能是一种二次能源C．石油是可再生能源D．地热能是一次能源2．组成原子核的粒子是〔〕3．以下能源中不是来自于太阳能的是〔〕A．水能B．风能C．潮汐能D．煤、石油、天然气4、氘核、氚核在超超高温下聚合成氦核，并释放出核能。组成氦原子核的粒子是〔〕A．两个质子和两个中子B．两个质子和两个电子C．两个电子和两个中子D．两个质子、两个中子和两个电子5．目前世界上已建成的核电站都是利用〔〕6、以下表述正确的选项是〔〕A．内燃机是将内能转化为机械能的装置B．发电机是将机械能转化为内能的装置C．电动机是将机械能转化为电能的装置D．电磁继电器是将电能转化为内能的装置7．神州二号〞无人飞船环绕地球108圈，顺利完成预定空间科学试验任务后，于2001年1月16日在内蒙古中部准确返回，成功着陆，标志着我国载人航天工程第二次飞行实验取得圆满成功，假设飞船穿越大气层时，有一段为匀速降落过程，那么在此过程中飞船的〔〕A．动能减小，机械能增大B．动能不变，机械能减小C．动能增大，机械能减小D．动能减小，机械能不变8．学习了“能源与可持开展〞一章后，某班学生就利用和开发能源问题展开了热烈讨论，提出了如下几条建议和设想，其中永远做不到的是〔〕A．目前利用的能源主要是煤，应着力研究如何使煤充分燃烧以减少热量损失的措施B．正在建设中的田湾核电站，将解决连云港市乃至华东地区的电力紧张问题，但在输电过程中能量损失较大，假设能用超导体送电，那么可大大提高输电效率C．湛江市位于南海之滨，应尽研究开发海洋能D．随着能源的不断消耗，最终应致力于研究一种既可以不消耗能源，又能不断对外做功的机器二、填空题能源和能源。10．核电站是利用反响堆里铀核发生裂变释放出能，通过回路转化为高温蒸气的能，再通过汽轮机转化为能。11．原子弹是利用原子核的制成的核武器，氢弹是利用氢核的制成的核武器12．能的转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的的能都可以相互转化：摩擦生热，将能转化为能；电灯照明，将能转化为能；烧煤做饭，将能转化为能；吃饭干活，将能转化为能。三、解答题(其中第13小题5,第14小题7分,第15小题4分,共16分)13．在能源的开发和利用中，太阳能是大自然赋予人类的一种取之不尽、用之不竭的能源。在太阳进行着大规模的核聚变，其释放的能量主要以电磁波的形式辐射出来。地球每年所接受的太阳能有6×1017kw/h。⑴太阳内部发生核聚变时，释放的主要是哪种能量？答：。⑵物体内能改变的方式有两种，“辐射〞属于，另一种是。⑶地球每年所接受的太阳能约为J。14．请在以下图的框架图中，补充完整以下能量转化过程中的空缺项：15．你在家务劳动的过程中，需要消耗哪些能源？请说出两个场景，并分别说明每一场景所消耗的能源种类。⑴；⑵。四、计算题16．S195型柴油机的局部技术规格如下表所示。其中，“额定功率〞是指柴油机机正常工作时对外所做机械功的功率；“燃油消耗率〞是指柴油机正常工作时，每输出的能量柴油机所消耗柴油的千克数。柴油的热值为3.3×107J/kg。试估算该柴油机正常工作时的效率。17．五、综合能力题18．阅读短文，答复短文后的问题能源的开发和环境保护在日常生活和各种产业中我们都要消耗能量。煤、石油、天然气等物质都能够提供可利用的能量，空气的流动、水的流动也能够提供可利用的能量，我们平时说的“能源〞，指的就是这些能够提供可利用能量的物质和自然过程。近二三百年以来，人类相断创造了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械，使生产力得到了飞速开展。但是，能源的消耗也急剧增长。研究人员估计，按照目前的石油开采速度，地球上的石油储藏将在几十年内全部采完；煤的储量稍多一些，但也将在200多年时间内采完。可以想象，如果没有了石油和煤碳，汽车、飞机、轮船和铁路上的内燃机车都不能开动，火力发电厂将停止发电，人类的社会生活将会瘫痪。大量消耗石油和煤炭还带来了环境污染问题，燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应〞……煤炭中常常含有较多的硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质会使雨水的酸度升高，形成“酸雨〞，腐蚀建筑物，土壤酸化。⑴从文章中找出两个常用的能源，再举出两个利用能源的实例。。⑶应该如何保护周围的环境？你应该怎样做？试举一例。六、练习〔一〕能源家族1、化石燃料、太阳能、生物质能、核能中，________________________属于不可再生资源，__________________属于可再生资源。2、我们今天使用的煤、石油、天然气属于__________________能源。3、生物质能是指________________________提供的能量。4、以下能源中属于一次能源的是〔〕〔多项选择〕A、风能B、地热能C、电能D、核能E、燃烧燃料的热能F、太阳能G、沼气能H、潮汐能5、以下能源中属于不可再生能源的是〔〕〔多项选择〕A、石油B、风能C、太阳能D、核能E、天然气6、以下能源中，属于新能源的是哪一组〔〕A、电能、水能、风能B、太阳能、地热能、核能C、液化气、沼气、酒精D、石油、天然气、煤7、油页岩是一种矿物，燃烧油页岩释放出大量的热量，油页岩属于〔〕A、一次能源、不可再生能源B、一次能源、可再生能源C、二次能源、不可再生能源D、二次能源、可再生能源8、在以下能源中，属于化石能源的是〔〕A、太阳能、地热能、风能B、煤、石油、天然气C、核能、生物质能、水能D、电能、汽油、柴油9、对能源的分类有不同的方法，如可以将能源分为以下3类：第一类能源来自地球以外；第二类能源来自地球；第三类能源来自地球和其他天体的相互作用，人们已经利用的太阳能和核燃料分别属于〔〕A、太阳能是第一类能源，核燃料是第二类能源B、太阳能是第二类能源，核燃料是第三类能源C、太阳能是第二类能源，核燃料是第一类能源D、太阳能是第一类能源，核燃料是第三类能源〔二〕核能1、物质是由分子组成的，分子由更小的原子组成，原子还可以再分，原子是由______、______、______组成，其中带电的是______，不带电的是______。2、核裂变是指用____________轰击____________的原子核。3、核聚变是指质量____________的原子核，在____________下结合成新的原子核。4、核反响堆是指通过________________________释放核能的设备。5、启动核裂变反响的粒子是〔〕A、中子B、原子核C、质子D、原子6、关于核能的获得，以下说法中正确的选项是〔〕A、核反响堆是原子核裂变时，在短时间内释放出大量核能的装置B、当原子核内部发生变化时，会释放出巨大的能量，核裂变和核聚变是获得核能的两种方式C、核电站是使核能直接转化为电能的装置D、在核电站的反响堆中，发生的是可控制的核聚变7、关于核电站，以下说法中正确的选项是〔〕A、核电站中的核裂变是无法控制的B、核电站释放核能的设备是核反响堆C、当前核电站主要是利用核聚变释放能量的D、核电站使用过的核燃料还可以再进一步在火力发电厂中二次利用，以节约能源8、从原料来源是否丰富，对环境的污染大小和释放出能量多少等几个角度来看，最有开展前途的核能源是〔〕A、可控链式反响B、不可控链式反响C、可控热核反响D、不可控热核反响9、关于核能的说法中，正确的选项是〔〕A、物质都有原子核，所以利用任何物质都可以得到核能B、原子弹是利用轻核聚变和重核裂变而制成的核武器C、目前人类获得核能有两种方式：一种是原子核的裂变，另一种是原子核的聚变D、无论自然界中，还是宇宙空间中，只有在人为的条件下才可能发生原子核的聚变10、下面说法中正确的选项是〔〕A、太阳内部进行大规模的裂变，释放的核能就是我们所享用的太阳能B、氢弹就是利用氢核聚变制成的C、核反响堆就是利用轻核聚变的链式反响加以控制而建成的装置D、原子弹就是利用电子轰击铀核，使它发生裂变，放出巨大的核能11、世界上第一颗氢弹爆炸于1954年，我国于1967年爆炸了第一颗氢弹，氢弹的制造原理是核聚变，那么实现核聚变的条件是〔〕A、发生链式反响B、发生热核反响C、发生核裂变D、高温高压12、1kg铀中的铀核完全裂变时释放出的核能相当于2000t标准煤完全燃烧释放出的能量，如果铀完全裂变时释放出的能量全部被0℃的水吸收，可使多少吨水加热到100℃×107J/kg〔三〕太阳能1、太阳光已经照射地球50亿年了，地球在这50亿年中积累的能储存在____________、____________、____________等____________能源中，成为我们今天所使用能源的主要来源，地球上的绝大多数能源，归根结底都来自于太阳能，太阳能是地球能源之源。2、植物吸收太阳能，发生光合作用，使____________能转化为____________能储存在植物体内。3、关于太阳能的转化：太阳把空气和地面晒热，太阳能转化为____________，晒热的空气上升，空气流动形成风，又转化为____________；太阳使地面上一局部水蒸发，蒸发的水汽升空形成云，云又以雨雪等形式落下，流入江河，太阳能转化为____________；植物吸收太阳能，进行光合作用，太阳能转化为____________，植物被动物吃掉，又转化为动物的____________。4、“神舟〞五号飞船在轨道上正常运行时，飞船上的电子仪器都依靠太阳能电池供电，太阳能电池能把接收到的太阳能的20%转化为电能，“神舟〞电流，那么每小时照射到一片单晶硅电池上的太阳能为____________J。“神舟〞五号飞船绕地球飞行14圈后返回大气层，向地面靠近，由于空气阻力的作用，飞船的机械能将____________，势能将____________〔两空均选填“增大〞“减小〞或“不变〞〕。5、太阳是一个巨大的能源，它不断地向外辐射能量，其中辐射到地面的总功率为8×1013kW，直接利用太阳能不会污染环境，太阳能通过四个渠道被人类利用。①____________________________________________________________________________________；②____________________________________________________________________________________；③____________________________________________________________________________________；④____________________________________________________________________________________。6、太阳能释放出大量的核能，是由于太阳内部〔〕A、进行着大规模的聚变B、进行着不能控制的链式反响C、进行着猛烈的化学反响D、具有大量的热能7、在以以下举的使用太阳能的各装置中，把太阳能直接转化为内能的是〔〕A、太阳能电池B、太阳能锅炉C、太阳能手表D、硅光电池8、关于太阳能的以下说法中不正确的选项是〔〕A、太阳能是可供人类利用的一种新能源，属于二次能源B、太阳能分布广阔，利用太阳能不会污染环境C、太阳能平安清洁，获取方便D、对人类来说，太阳能几乎是一种取之不尽，用之不竭的能源9、出行是人们工作、生活必不可少的环节，出行的工具多种多样，使用的能源也不尽相同，自行车、电动自行车和燃油汽车所消耗能量的类型分别是〔〕①生物质能②核能③电能④太阳能⑤化学能A、①③⑤B、①④⑤C、①②③D、①③④10、?深圳商报?2004年3月11日报道：近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东郊民巷，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里，这种能量转化和储存的方式是〔〕A、太阳能转化为内能，再转化为电能B、太阳能转化为电能，再转化为化学能C、太阳能转化为内能，再转化为化学能D、太阳能转化为电能，再转化为光能〔四〕能源革命1、电能的利用是人类进入现代文明社会的标志，电能是由其他形式的能转化而来的，属于____________，使用电能的优点有很多，其中便于____________和____________是其中的主要优点，电能可以通过____________转化为各种形式的能量，反响了电能便于应用的优点，另外，电能在使用时清洁、卫生、污染小。2、在人类历史上，经历了三次能源革命：钻木取火是人类在____________方面最早的一次技术革命，它导致了以____________作为主要能源的第一次能源革命；____________的创造是人类利用能量的新里程碑，它直接导致了第二次能源革命，人类的主要能源由____________向____________转化；____________的创造拉开了以____________为代表的第三次能源革命的序幕。3、电冰箱工作时，将箱内能量转移到外部，是因为消耗了____________能，才能把热量转移出来使冰箱内部变冷，这一现象说明能量的转化、转移是有____________，同时也说明在转化或转移时是要消耗其他____________的。4、以下说法正确的选项是〔〕A、由能量守恒定律可知，消耗多少能量便能有效利用多少能量B、核能的使用标志着人类在进行第三次能源革命C、低温物体的能量一定不能转移到高温物体上D、能源的能量释放在任何时候都是有益的5、目前看来，节约能源的根本措施是〔〕A、采用新技术，更新改造落后的设备B、用柴油机代替汽油机C、大量利用太阳能D、大量开发新能源6、电能是人类社会开发的一种重要能源，关于电能的优越性，以下说法不正确的选项是〔〕A、输送电能比输送煤、石油等燃料要方便得多，而且电能的损失较小B、自然界存在从各种形式的能都可以较为方便转化为电能，所以电能属于可再生能源C、电能使用起来非常方便，利用电能效率高D、利用电能污染少，有利于保护环境7、以下关于能量的说法正确的选项是〔〕A、各种能量都可以被人类利用B、能量是守恒的，所以没必要节约能源C、内能可以在任何条件下进行传递D、电能便于转化和输送，所以人们大量使用电能8、近几年来，许多城市都做出了禁止或限制燃放烟花爆竹，其主要原因是，燃放烟花爆竹会〔