12.4　能源与可持续发展（导学案-解析版）

PAGE1§12-4能源与可持续发展一、学习目标1.掌握能量守恒定律的内容和意义，知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.2.了解什么是能源耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性.3.认识当前环境问题，认识到人类珍惜和保护能源和资源的必要性，增强环境保护和可持续发展的意识．二、学习过程【问题探究】内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？【答案】虽然能量的总量没有减少，但由于能量转化的方向性，使能量从便于利用的形式转化为不便于利用的形式，导致了可利用的能源减少，因此我们仍要节约能源．【知识点1】能量守恒定律能量转移或转化的方向性1．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．3．热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的方向性．4．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．5．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．例题1、下列关于能量守恒定律的认识错误的是（）A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成D．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加【答案】B【详解】A．由能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，必然有其他形式的能增加；故A正确，不符合题意；B．石子从空中下落时，停止在地面上，机械能减少，但变成了其它形式的能，没有消失；故B错误，符合题意；C．永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律；故C正确，不符合题意；D．由能量守恒定律可知，某个物体能量减少，必然有其他物体能量增加；故D正确，不符合题意；例题2、关于能量和能源，下列说法正确的是（）A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造C．能量的转化和转移没有方向性D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量【答案】D【详解】A．自然界的能量守恒，但能直接应用的能源使用后品质降低，不能直接应用，所以可利用能源越来越少，故A错误；B．人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；C．根据热力学第二定律，能量的转化和转移具有方向性，比如一杯热水过段时间，热量跑走啦，水冷了，所以转化具有方向性，故C错误；D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量，故D正确；【问题探究】设计一个有关不可再生能源和可再生能源的表格，表格中应该包括：(1)不可再生能源和可再生能源各三种；(2)简要地说明每一种能源的利用方式；【答案】不可再生能源可再生能源名称用途名称用途天然气燃料太阳能太阳能发电或者太阳能热水器石油工业燃料和原料水能发电煤燃料风能发电【知识点2】能量的分类与应用能源与社会发展1．能源的分类(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的开发与应用近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．3．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．4．可持续发展：持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．例题3、关于能源的开发和应用，下列说法中不正确的是（）A．能源应用的过程就是内能完全转化为机械能的过程B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D．随着科学技术的发展，煤炭资源将逐步被其他清洁能源所取代【答案】A【详解】A．能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，故A错误；B．化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，故B正确；C．在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，故C正确；D．随着科学技术的发展，煤炭资源将逐步被其他清洁能源所取代，D正确；例题4、如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10V9W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，平均1小时得到的太阳能为0.4×106J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：(1)太阳能节能灯的能量转化情况；(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？【答案】(1)见解析(2)370W(3)10%【解析】(1)能量转化：太阳能→电能→热能(光能)(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：P＝eq\f(0.4×106,0.3×1×3600)W≈370W.(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率：η＝eq\f(9×10×3600,0.4×106×8)×100%≈10%.§12-4能源与可持续发展作业班级：学号：姓名：一、选择题1．关于能量和能源，下列表述正确的是（）A．能量可以从一种形式转化为另一种形式B．机械能守恒是自然界的普遍规律C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．能源在利用过程中有能量耗散，这表明能量不守恒【答案】A【详解】A.能量可以从一种形式转化为另一种形式，A正确；B．机械能守恒是指在能量的转化过程中，只有动能与重力势能（或弹性势能）的转化，是有条件的，并非普遍成立的，B错误；C．能源在利用过程中有能量耗散，使其“品质降低”，转化为内能散失在大气中，不能被重新利用，因此能源并非永不枯竭，C错误；D．“能量耗散”过程是能量的转移或转化过程，总能量还是守恒的，D错误。故选A。2．能源问题是人类对能源需求的增长和现有能源资源日趋减少的矛盾。人类的生存与发展都和能源有密切关系，人类的一切经济活动和生存都依赖于能源的供给，而开采其他资源和利用其他资源也都要依赖能源。下列有关能量与能源的说法，正确的是（）A．因为自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．人类在不断开发新能源，由此可知能量可以不断被创造C．能量可以在不同的物体之间转移，不能在不同形式之间转化D．能量可以从一种形式转化为另一种形式【答案】D【详解】A．虽然自然界的能量守恒，但是可利用的能源越来越少，则仍然需要节约能源，选项A错误；B．人类在不断开发新能源，但是能量不可以不断被创造，只能相互转化，选项B错误；C．能量可以在不同的物体之间转移，也能在不同形式之间转化，选项C错误；D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，选项D正确。故选D。3．随着“西气东输”的实施，上海有很多家庭都用上了天然气，天然气属于（）A．一次能源 B．新能源C．非燃料能源 D．可再生能源【答案】A【详解】天然气属于一次能源，不是新能源，是燃料能源，不可再生。故选A。4．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（）A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，而自然界的能量是不守恒的D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的【答案】A【详解】能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，机械能转化为内能后，我们无法将它们收集起来重新利用故选A。5．关于能源和能量，下列说法中正确的是（）A．自然界的能量是守恒的，所以地球上能源永不枯竭B．能源的利用过程中有能量耗散，这表明自然界的能量是不守恒的C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了【答案】D【详解】A．自然界的能量虽然是守恒的，但是利用过程中有能量耗散，能源被利用后不能被重复使用，所以地球上能被利用的能源并不是永不枯竭。故A错误；B．能源的利用过程中有能量耗散，但是自然界的能量是守恒的。故B错误；C．能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，比如一杯热水过段时间，热量跑走啦，水冷了。所以转化具有方向性。故C错误；D．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，故D正确。故选D。6．下列关于能源开发和利用的说法中，正确的是（）A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程B．能量是守恒的，因此不需要节约能源C．能源利用的过程是一种形式的能向另外一种形式的能转化的过程D．无论是节约能源还是开发能源，我国都要外国支援【答案】C【详解】AC、能源利用是将一种形式的能转化为另一种形式能的转化过程，并不是单纯的应用内能；故A错误，C正确；B、能量虽然是守恒的，但是能直接利用的能源越来越少，因此需要节约能源，选项B错误D、在能源利用上，要注意独立自主，不能单纯依赖外国；故D错误。故选C。7．“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，我国目前已成为世界节能和利用新能源、可再生能源第一大国。下列符合节能做法的是（）A．教室自然采光条件好时应及时关灯B．中午离开教室后让电风扇继续开着C．家庭空调长时间设置在18℃D．教室的电脑即便不使用时也保持开机状态【答案】A【详解】日常生活中要节约能源，则教室自然采光条件好时应及时关灯，中午离开教室后要关闭风扇，在电脑长时间不用时应该要关闭电脑，家用空调冬天设置在18°C左右，夏天设置在25°C左右，故A正确，BCD错误。故选A。8．浙江最大抽水蓄能电站2016年在缙云开建，抽水蓄能电站结构如图所示。抽水蓄能电站有两种工作模式，一种为抽水蓄能模式：居民用电低谷时（如深夜），电站利用居民电网多余电能把水从下水库抽到上水库；另一种为放水发电模式：居民用电高峰时，再将上水库中的水放到下水库进行发电，将产生的电能输送到居民电网供居民使用。一抽一放起到了均衡电网负荷的作用。关于抽水蓄能电站下列说法正确的是（）A．抽水蓄能的过程中，能量守恒B．放水发电的过程中，机械能守恒C．抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多D．抽水蓄能电站建成之后，就不会再有能源危机问题了【答案】A【详解】A．抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的，A正确；B．放水发电的过程中，有部分重力势能转化为内能，机械能不守恒，B错误；C．抽水蓄能，并不能使能量增多，总的能量保持不变，C错误；D．抽水蓄能电站，能够合理调节用电高峰期和低峰期的调峰问题，但是能量总量并没有增加，我们仍面临着能源危机，还需节约能源，D错误。故选A。二、非选择题9．我们经常说“节约能量”，如关掉不使用的灯，空调温度不要设定得太低或太高等。这些说法与本节所讲的“能量守恒”似乎有些不协调。请你就此谈谈自己的看法。【答案】见解析【详解】灯、空调将电能转化为光能和热能，光能和热能散耗到空气中后无法重新再次利用，但在灯和空调工作过程中总能量是守恒的，因此与“能量守恒”是不矛盾的。10．关于太阳能回答下列问题：（1）太阳能是取之不尽的吗？（2）为什么现在还不能普遍地用太阳能代替其他能源？（3）如何用人工方法获取并储存太阳能？（4）如何提高太阳能转化为内能的效率？【答案】见解析【详解】（1）太阳能不是取之不尽的；（2）太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其他形式能量才能利用和储存，同时也受到光照条件限制；（3）将太阳能转换成不同形式的能量，需要不同的能量转换器；（4）寻找不同的隔热保温材料，比较它们对太阳能转化为内能的效率的影响。改变太阳光辐射角度，探究最佳效果。不同的物体表面对太阳能转化为内能的效率的影响。11．某海湾面积为1.0×107m2，涨潮时水深20m，退潮时水深降至18m。现利用此海湾筑水坝建潮汐水力发电站，利用涨潮（如图所示）和落潮过程中进出海湾的潮水推动水轮发电机组发电。若重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，取海水密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，求该发电站一天能发出多少电能。【答案】【详解】一次发电的水的质量为M=ρV=ρSΔℎ=1.0×10水的重力势能的减小量为ΔE一天发电产生的电能为E=4ΔE12．图是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出，列车在途中轨道进站前的速度为。(1)此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“