能源与可持续发展（导学案）-人教版九年级物理全一册

22.4能源与可持续发展（导学案）

【学习目标】

1.知道能量的转移和转化都是有方向性的。

2.认识伴随大量能源消耗对环境的影响问题，对于能源开发利用有可持续发展的意识。

3.了解未来理想能源的特征。

【学习重点】

能源的分类，能源消耗对环境的影响，开发新能源。

【学习难点】

能量转化的方向性。

【自主预习】

阅读教材，完成以下问题：

1.能量的转化和转移都是具有力血性，人们在能量的转化和转移的过程中利用能量，能源的利用是

有条件的，并不是所有能源都能利用，所以要芭约能源。

2.能源消耗而环境的影响：热污染、大气污染、温室效应、生态破坏、有害辐射、废物污染。

3.不可再生能源：像化五能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源。

可再生能源：像风能、水能、太阻能等可以在自然界里源源不断地得到的能源。

4.未来理想能源：必须足够丰富;必须足够便宜；必须技术成熟；必须安全、清洁。

【合作探究】

探究一、能量转移和能量转化的方向性

1.能量转移具有方向性

（1）探究能量转移具有方向性

①实例一：把一杯水放到温度较高的环境中，水是否会自动变热？把水放到温度较低的环境中，水

是否会自动变热？

【现象】若把水放到温度较高的环境中，水吸收热量，温度升高,内能增加。若把水放到温度较低

的环境中，水放出热量，温度降低，内能减少。水的内能会传给空气，水丕会变热。

【分析】这是因为在热传递的过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地

从低温物体转移到高温物体。

你见过生活中热审从低温物体转移到高温物体的吗？

②实例二：如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。例如，电冰箱

1

工作时将热量从温度较低的内部转移到温度较高的外部，需要消耗额外的虫能。

（2）探究归纳

在热传递的过程中，能量总是自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。所以能量的转移具有

方向性.

2.能量转化具有方向性

（1）探究能量转化具有方向性

①实例一：火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。用电器将电能转化为内

能、光能、机械能多种形式的能后，但是这些能量无法再变回可以被到出的能源。

②实例二：汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，但这些能量不能自动

地收集起来再次驱动汽车。这些能量虽然没有消失，但也不能再被我们列出。

（2）探究归纳：能量的转化具有方向性。

3.综合上述探究可得出结论：能量的转移和转化具有方向性。

4.节约能源

实际上，能量的转化、能量的转移，都是有方向性的，人们是在能量的转化或转移的过程中利用

能量的。有些能量可以利用，有些则不能。能源的利用是有条件的,我们所能利用的能源是有限的,

所以需要芭约能源。

【例题1】如图甲所示，用两个玻璃杯做“棉纱滴水实验”，过一段时间后（a/b）杯中的棉纱

末端有水滴出。图乙为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，图中损失的化学能可以使质量为8kg

的水温度升而C［水的比热容为4.2x103j/（|^.9）］。轿车刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能

不能自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有。

【答案】a,0.5,方向性。

2

【详解】根据虹吸原理可知，发生此现象时出水口比容器的水面必须低，这样使得出水口液而受到

向下的压强(大气压加水的压强)大于向上的大气压，保证水的流出，故a可以，b不可以。

由。吸=口〃血可得，损失的化学能可使汽车水箱内水升高的温度

。损失16800J”

/1=———=---------------=05C

cm4.2x103J/(kgx℃)><8kg'

汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法

再回收利用；摩擦生热时内能以热量的形式散发掉，所以能量转化和转移具有方向性，这些内能不能自

动地再次开动汽车。

探究二、能源消耗对环境的影响

人类消耗各种能源时给自己带来了便利，不可避免地对环境造成影响，对环境造成了污染。例如，

化石能源是现代的主要能源。化石燃料在燃烧利用过程中，产生的各种气体与固体废物和余热对环境造

成污染。

【想一想】能源消耗对环境有哪些影响？

1.能源消耗对环境的影响，主要体现在以下几个方面

(1)热污染

化石能源通过燃烧转化为区能，相当一部分内能没有被有效利用，从而造成了热污染。汽车尾气是

造成空气污染和城市热岛效应的罪魁祸首之一。

(2)大气污染

化石能源在使用中会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等，会造成大气的污染，形成酸

导致水、土壤的酸化，对植物、建筑物、金属构件造成危害.

①酸雨

酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空

气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排

放大量酸性物质所造成的。例如燃料燃烧生成的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有害物质。

②酸雨的危害

酸雨可导致土壤酸化。土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，

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形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒死亡。

酸雨的形成过程被酸雨严重漓蚀的乐山大佛

（3）温室效应

温室效应是指透射阳光的空间由于与外界缺乏热对流而形成的保温效应。大气中的二氧化碳就像一

层厚厚的玻璃，给地球穿上了一件保暖羽绒服。而燃料燃烧产生的大量二氧化碳，大大加剧了地球的温

室效应。

温室效应会造成全球气候变暖，冰川融化，海平面上升，出现极端高温、干旱、飓风、许多牛物物

种灭绝，也给人类带来直接威胁。

大气中的二氧化碳破坏了森林和植被

（4）生态破坏：一些欠发达地区过分依靠柴薪能源，破坏了森林和植被，加剧水土流失和土地荒

漠化。

（5）有害辐射：核能的开发和利用，并不绝对•清洁和安全的，处理不当或遇到特殊情况（如地震）

发生核泄漏时;会对环境造成严重的辐射危害。2011年3月12日，地震导致福岛第一核电站、第二核

电站电厂的放射性物质泄漏到外部。

（6）废物污染：煤、柴薪等能源在使用后，会产生废物，对环境也会造成一定的污染.

2.想想议议

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在消耗各种能源时.，对环境造成怎样的破坏呢？用“J”表示大量消耗能源对环境会有明显的破坏,

用“X”表示对环境不会造成明显的破坏。

、能源种类

石油和

产生煤水力发电核能柴薪

天然气

的环境问题

空气污染VdXX

废物XXq

7X

有害辐射XXX

水土流失和沙漠化7

XXXX

（破坏生态平衡）

3.利用能源的建议

（1）人类不应当无限制地向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然环境的和

谐与平衡。

（2）不要因为利用能源时会对环境造成污染而停止使用能源，也不能为了促进文明和社会的发展

血过量使用能源，对环境造成严重污染。使用能源和保护环境口」以做到有机地统一、和谐地发展。要解

决这个问题，当然离不开科学技术的进步和社会的发展。

【例题2】空气中的二氧化碳、甲烷、水汽等物质能让太阳发出的热顺利地通过，到达地球，但却

阻碍地表反射的热散发到大气层外，大气的这种保暖作用称作效应；而城市的平均气温要比

周围的乡村高一些，这种现象称为效应，它给城市和乡村的环境带来了不利的影响。

【答案】温室，热岛。

【解析】空气中的二氧化碳、甲烷、水汽等物质能让太阳发出的热顺利地通过，到达地球，但却阻

碍地表反射的热散发到大气层外，大气的这种保暖作用就像玻璃温室一样，称作温室效应。热岛效应指

的是城市的平均气温要比周围的乡村高一些，它给城市和乡村的环境带来了不利的影响。

探究三、能源与可持续发展

【想一想】请观看我国目前的能源消耗结构图，发现什么问题？

我国目前能源消耗结构

【分析】煤和石油是现在人们使用的主要能源。按现在的能源消耗计算，世界上的煤、石油和天然

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气等化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。同时大量消耗常规能源带来了环境问题。

【想一想】开发未来理想能源是人类发展所要解决的重要课题。你认为风能、太阳能、咳能以及你

所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？

1.可持续发展的两个方向

能源的利用要考虑持续性发展，既要满足当代人的需要，又要考虑后代人的需求。

（1）提高能源的利用率,减少在能源使用中对环境的破坏。

（2）开发和利用新的理想能源。

2.不可再生能源和可再生能源

（1）不可再生能源

化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源。

由于全世界能源的消耗逐年上潴，这些不可再生能源会在不太长的时间内消耗殆尽。

（2）可再生能源

像风能、水能、大阳能等可以在自然界里源源不断地得到，所以把它们称为可再生能源.可再生能

源是未来理想能源的一个重要发展方向。

3.未来理想能源

未来理想能源须满足的条件：

（1）必须足够丰富，可以保证长期使用；

（2）必须足够便宜，可以保证多数人用的起:

（3）相关技术要成熟，可以保证大规模使用；

（4）必须足够安全、可以保证不会严重影响环境。

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【想想议议】你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想

能源，为什么？

【分析】风能、水能、太阳能、地热能、潮迎能有可能成为今后的理想能源，因为这些能源既可以

循环使用，又不会对环境产生破坏和污染。

4.我国新能源开发和利用的一些实例

（1）敦煌光伏电站吸热塔；（2）河南黄河小浪底发电工程；（3）新疆达坂城风力发电；（4）秦山

核电站；（5）羊八井地热电站；（6）蓝鲸一号南海开采可燃冰等。

【例题3】能源既是国家经济发展的命脉，也是国家发展战略的重要支柱。我省多地有效调整能源

结构，稳步发展安全高效的能源体系，合理利用图所示三种发电方式，并取得了显著成效。

A风力发电B太阳能发电C火力发电

（1）火力发电常使用煤作燃料，煤、石油等化石能源于（选填“可再生”或“不可再生”）

能源；

（2）B的能量转化方式是把能转化成电能；

（3）与C相比，A、B发区的共同优点是（合理即可）。

【答案】（1）不可再生；（2）太阳；（3）绿色环保。

【解析】（1）煤、石油等化石能源在短期内都不能得到补充，所以是不可再生能源。

（2）太阳能发电是通过光电转化把太阳能直接转化成电能。

与火力发电相比，风力发电和太阳能发电的共同优点是节约资源、绿色环保、无废渣废气排放。【精

讲点拨】

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1.能量的转移和转化都是有方向性的。我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，因此，并

不是什么能量都可以利用，能源的利用是有条件的，所以需要节约能源。

2.按照能源是否可再生分为：不可再生能源和可再生能源。以风能、水能、太阳能等为弋表的可再

生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。

3.未来理想能源：必须足够丰富；必须足够便宜：必须技术成熟；必须安全、清洁。未来理想的能

源是太阳能与氢能。

【归纳整理】

第4节能源与可持续发展

一①能量转移和转化具有方向性；

_②能源的利用是有条件的，所以需要节约能源。

一热污染、大气污染、温室效应、

能

源一生态破坏、有害辐射、废物污染。

与

可J.十门丁①提高能源的利用率，减少使用中对环境的破坏。

［发展方向上②开发和利用新的理想能源。

持

续D不可再生能源：化石能源、核能等能源会越用

发

展能源与可越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源。

能源分类

持续发展②可再生能源：像风能、水能、太阳能等

可以在自然界里源源不断地得到的能源。

未来理一必须足够丰富；必须足够便宜；

想能源-必须技术成熟；必须安全、清洁。

【课堂练习】

1.人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，

下列说法中正确的是（）

A.现代生活离不开电，电力是一次能源

B.提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一

C.新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值

D.能量既不能创造，也不会消灭，所以不用节约能源

【答案】Bo

【详解】A.电能是二次能源，是消耗•次能源得到的，故A错误；

B.消耗能量时，有相当部分没有被利用，所以提高能量转化效率的重要措施之一是节能减排，故

B正确；

C.有些新能源存在开发技术难、成本高问题，但新能源安全、清洁，不会严重影响环境的优点，

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故c错误;

D.能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，但其消耗具有方向性，所以一定得节约能源，故D错

误。

所以选B.

2.近年，云南省大规模发展风能发电产业（如图），风电利用小时数领先于全国其他省吩。下列与

风能同属于可再生能源的是（）

A.天然气B.石油C.煤炭D.太阳能

【答案】Do

【详解】ABC.大然气、石油、煤炭是化石能源，短期内不能从自然界得到补充，属十不可再生能

源，故ABC不符合题意；

D.太阳能可以源源不断的从自然界得到，属于可再生能源，故D符合题意。

所以选D。

3.太阳是人类能源的宝库。下列说法正确的是（）

A.能量的转化和转移是有方向性、不可逆的

B.太阳能是太阳内部氢原子核发生裂变释放的能量

C.太阳能是未来的理想能源之一，是不可再生能源

D.中国空间站上用到的太阳能电池板是将太阳能直接转化为化学能

【答案】Ao

【详解】A.能量的转化和转移使有方向性的，不可逆的。故A正确；

B.在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能，故B错误；

C.太阳能可以长期提供或再生，属于可再生能源，故C错误；

D.太阳能电池板工作时，先将光能转化为电能，然后将电能转化为化学能储存在蓄电池中，故D

错误。

所以选A.

4.我们生活在能量的世界，社会的进步和发展离不开能晟。对于能量、能源的认识，下列说法正

确的是（）

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A.做功过程实质是能量的转化或转移过程

B.能量转化具有方向性，所以能量不守恒

C.核燃料能量转化效率可达100%,需大力发展

D.煤、石油、天然气提供的能量源自地球本身

【答案】Ao

【详解】A,能量既不会消灭，也不会创生，它只能从一种形式转化为别的形式，或从一个物体转

移到别的物体。做功过程实质上是能量的转化和转移的过程，故A正确；

B.根据能量守恒定律可知，在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，但能量的转化和

转移具有方向性，不能反过来转化，故B错误；

C.由于不可避免的能量损耗，因此核燃料能量转化不可能达到100%,故c错误；

D.煤、石油、天然气等来源于远古时期动植物，而动植物的能量来源于太阳辐射能，故D错误。

所以诜A。

5.我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电的同时实现了清洁供暖。

（1）核电站利用原子核（选填“聚变”或“裂变”）释放的核能发电；

（2）核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能

量的介质，是因为水的大；

（3）在能量转化和转移的过程中，能量的总量_____o但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温

物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有一°

【答案】（1）聚变；（2）比热容；（3）方向性。

【详解】（1）获得核能的两种途径：核裂变和核聚变，核电站都是利用原子核裂变的链式反应发电。

（2）供暖的“暖气”用水做输运能量的介质，是因为水的匕热容较大，相同质量的水和其它物质比

较，降低相同的温度时.，水放出的热量多。

（3）热量总是自发地从高温物体传到低温物体，不可能自发地从低温物体传到高温物体，说明能

量的转移和技化具有方向性；能量在转化或转移的过程中总量保持不变。

6.如图1是汽油机某次工作时的能量分布图。

（1）这次工作，汽油机的效率片;

（2）汽油的热值是4.6xlO：J/kg,汽油机要获得该次工作时的所有能量需要完全燃烧

kg的汽油；

（3）下列能源中，其特性可以用如图2的阴