《能源与可持续发展》课件

4.能源与可持续发展第十二章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.列举各种实例,说明能量是如何转化的,解释能量守恒定律的含义。(物理观念)2.通过实例分析能量耗散,认识自然界中能量转化的方向性。(科学思维)3.收集资料,讨论能源的开发和利用所带来的环境问题,认识环境污染的危害,具有环境保护的意识和行动。(科学态度与责任)4.了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用,知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能源来自可再生能源和不可再生能源,认识合理使用能源的必要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、能量守恒定律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。二、能量转移或转化的方向性1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2.能量的耗散:其他形式的能转化为内能后很难再重复利用,这种现象叫作能量的耗散。3.能量的耗散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。三、能源的分类与应用

能源分类方法能源分类名称特点举例按形式或转换特点分一次能源自然形成,未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气新能源正在开发,或有新的利用方式太阳能、地热能、海洋能、核能能源分类方法能源分类名称特点举例按可否再生分可再生能源可循环使用水能、风能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气按对环境污染情况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)四、能源与社会发展1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。自工业革命以来,煤和石油成为人类的主要能源。2.能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。3.人类与能源的关系(1)有利方面:能源的利用给人类的生活带来了极大的改善,人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命,都与新的能源和动力机械的利用密切相关,人类的生存与发展需要能源。(2)不利方面:能源的开发与使用会对环境造成影响,如大气污染、温室效应、酸雨等,对人类造成很大的危害。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)由能量守恒定律知,能量是取之不尽用之不竭的,不用节约能源。(

)答案

×解析

能量的耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减少,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。所以自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源。(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体,也可以自发地从低温物体传向高温物体。(

)答案

×解析

热量可以自发地由高温物体传向低温物体,但是不可以自发地、不引起任何变化地从低温物体传向高温物体。(3)煤、石油、天然气属于不可再生能源。(

)答案

√(4)能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化或转移,但能量间的转化或转移具有方向性。(

)答案

√2.下列对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.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明能量消失了答案

D解析

根据能量守恒定律得知,某种形式的能减少,其他形式的能一定增大;某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加,A、B正确;不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机,违反了能量守恒定律,不可能制成,C正确;石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能,能量并没有消失,故D错误。课堂篇探究学习探究一对能量守恒定律的理解【情境导引】有人发明了一种“自发电电动车”(如图所示),基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗?要点提示

仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的摩擦力不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须给电动车补充新的能量。【知识归纳】1.能量守恒定律的重要意义(1)能量守恒定律是普遍适用的,对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即不需要任何动力和燃料,却能不断对外做功的机械是不可能存在的。2.表达式(1)E初=E末,初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。(2)ΔE增=ΔE减,能量的增加量等于能量的减少量。【典例示范】例1风能是一种很好的再生能源,而且对环境的污染较小,近年来我国在西北地区建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情形。已知:空气的密度为ρ,风轮机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机输出电功率为P,风能就是空气定向流动的动能,通过风轮机叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。求此过程中:(1)每台风力发电机获得的可利用风能的功率表达式。(2)风力发电机利用风能的效率表达式。规律方法

利用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化。(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)列等式ΔE减=ΔE增求解。变式训练1瀑布从20m高处以103m3/s的流量竖直落下,流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出,水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%,那么发电机发出的电功率有多大?(瀑布在山顶的速度可忽略不计,g取10m/s2,水的密度为1×103kg/m3)答案

1.58×108

W探究二能源和可持续发展【情境导引】说明下列能源利用方式中的能量转化过程是怎样的?(1)水力发电;(2)电动水泵抽水;(3)柴油机牵引列车前进;(4)火箭发射人造卫星。要点提示

(1)水力发电是将水的机械能转化为电能。(2)电动水泵抽水是将电能转化为水的机械能。(3)柴油机牵引列车前进是将柴油的化学能先转化为内能,再转化为列车的机械能。(4)火箭发射人造卫星是将燃料的化学能转化为卫星的机械能。【知识归纳】1.对“能量耗散和品质降低”

的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能驱动机器做功了。(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。2.能源的分类按可否再生分为可再生能源与不可再生能源。(1)不可再生能源:无法在短时间内再生,例如煤、石油、天然气。(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等。3.能源的开发与利用关系图

【典例示范】例2(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(

)A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律B.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难再被人类利用C.各种形式的能量都可以转化为内能D.能量耗散导致能量品质降低答案

BCD解析

能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故选项A错误,选项D正确;耗散的内能很难再被利用,选项B正确;各种形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,选项C正确。故选B、C、D。规律方法

能量耗散不仅遵循能量守恒定律,而且从能量的角度反映出自然界与热现象有关的宏观过程具有方向性。变式训练2(多选)下面关于能源的说法正确的是(

)A.一切能源都是取之不尽、用之不竭的B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大答案

BC解析

尽管能量守恒,但耗散的内能很难重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错误,B正确;常规能源的利用比核能等新能源的利用对环境的影响大,C正确,D错误。

随堂训练1.下列说法正确的是(

)A.能量耗散说明能量在不断减少B.能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性C.热量不可能从低温物体传给高温物体D.在火力发电机中,燃气的内能会全部转化为电能答案

B解析

能量耗散是指能量的可利用率越来越低,由于能量守恒,故能量不会减少,选项A错误;与热现象有关的宏观自然过程有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,选项B正确;能量转化和转移具有方向性,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,但可以借助其他办法实现,选项C错误;火力发电机发电时,能量转化的过程为化学能—内能—机械能—电能,因为内能—机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能不会全部变为电能,选项D错误。2.(多选)下列关于能源的说法正确的是(

)A.石油、天然气都属于新能源B.能量耗散不遵循能量守恒定律C.能量耗散会导致能量品质降低D.为了可持续发展,必须节约能源答案

CD解析

石油、天然气属于常规能源,A项错误;能量耗散同样遵循能量守恒定律,但能量耗散导致能量品质降低,B项错误,C项正确;因可用能源正在减少,故为了可持续发展,必须节约能源,D项正确。3.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(

)A.太阳能→电能→机械能

B.太阳能→机械能→电能C.电能→太阳能→机械能

D.机械能→太阳能→电能答案

A解析

太阳能电池板把太阳能转化为电能,小电动机把电能转化为机械能,故A正确,B、C、D错误。4.(多选)煤是重要的能源和化工原料,直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近,某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”,让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%),把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是(

)A.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C.该技术实现了煤的清洁利用D.该技术实现了煤的高效利用答案

ACD解析

煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化,又有化学变化,A正确,B错误;该技术使煤得以良好利用又环保,C、D正确。5.下列供热方式最有利于环境保护的是(

)A.用煤做燃料供热

B.用石油做燃料供热C.用天然气或煤气做燃料供热 D.用太阳灶供热答案

D解析

煤、石油、天然气等燃料的利用,使人类获得大量的内能。但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分,使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源,应大力推广,故应选D。6.CO2气体有个“怪脾气”,它几乎不吸收太阳的短波辐射,大气中CO2浓度增加,能使地表温度因受太阳辐射而上升;另外,它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用,阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放,使整个地球就像一个大温室一样。因此,大气中CO2浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升,使全球气候变暖。(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为(

)A.光热效应 B.光电效应C.光气效应 D.温室效应(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是(

)A.大量植物和生物物种灭绝B.大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧C.人口剧增,呼出的二氧化碳增多D.自然因素破坏了地球环境生态平衡(3)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加,可以采取的措施有(

)A.禁止使用煤、石油和天然气B.开发使用核能、太阳能C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气D.植树造林答案

(1)D

(2)B

(3)BD解析

(1)CO2气体将导致气温上升,因而称为温室效应。(2)致使CO2浓度增加的主要原因是大量燃烧煤、石油、天然气等燃料。(3)为了减缓CO2气体的浓度可以进行植树造林,利用光合作用,减少大气中的CO2气体,同时开发新能源,减少石油、煤、天然气的使用,从而减少CO2气体的排放。7