第4节能源与可持续发展.docx

第4节能源与可持续发展学习目标要求核心素养和关键能力1 .知道能量转移或转化的方向性。2 .知道能源的分类和应用。3 .了解能源与社会可持续发展的关系。科学责任增强节约能源的意识，注意保护环境。教材知识梳理阅读教材梳理基本概念和规律一、能量守恒定律1 .内容：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另一种形式,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 .意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。二、能量转移或转化的方向性1 .能量转化：自然界中存在着各种不同形式的能量,并且各种形式的能量是可以相互转化的,但在大多数情况下,各种形式的能量最终都转化为内能。2 .能量转化的方向：物体的机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能而使物体恢复原来的机械运动。3 .能量的耗散：燃料燃烧时,一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为蝇和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。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，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成了不便于利用的能源。【判一判】下列说法是否正确？(1)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质降低。(X)(2)能量耗散表明能量正在逐渐消失。(X)(3)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。()(4)能量是守恒的，但能量的利用过程是不可逆的。W)三、能源的分类与应用1 .可再生能源：在自然界中可以再生的能源,如：水能、风能、潮汐能等。2 .不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等。3 .我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。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、煤炭时期和石油时期。自工业革命以来,煤和互渔成为人类的主要能源。2 .能源短缺和坯境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。3 .能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性,所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。4 .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，能量消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。知识方法探究培养核心素养提升关惋能力探究1能量的转化与守恒1.自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变。2 .能量守恒定律的适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律,是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。3 .能量守恒定律的表达式(1)£初二£末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。(2港£增=6咸，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。4 .应用步骤Q)明确研究对象及研究过程。(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化。(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少。(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。【例U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的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（）R上水库,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解析抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的，A正确；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；抽水蓄能，并不能使能量增多，总的能量保持不变，C错误；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。【例2】某地强风的风速约为V,空气的密度为p,如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为（1KP=ZpSv1B.P=-pS11C.P=-pSD.P=-pSv4答案C1解析风能转化为电能,由能量守恒定律得5。庐二，其中6二/匕夕45,联p0tS1立解得P=-=50S仍，A、B、D错误，C正确。探究2能量转移或转化的方向性能量的转化与转移热关物都向不 与有观程方，的 是象宏过有的逆 凡现的理是性可机械能可以全部转化为内能,但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化热量可以自发地从高温物体传递给低温物体.但不能自发地从低温物体传递给高温物体热机的效率不可能达到100%【例3】2011年3月中国能源研究会公布了2010年中国能源整体消费状况，报告显示,去年我国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，比去年增长5.9%,且单位能耗居高不下。专家预计，在中国当前的经济发展速度下，刚性需求不仅推动能源价格的大幅上涨，而且未来中国能源供应瓶颈将难以避免。在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量的耗散理解正确是（）A.能量的耗散说明能量在不断的减少B.能量的耗散不遵循能量守恒定律C.能量的耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失D.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解析能量的耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会不断减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，能量变化必须遵循能量守恒定律，B错误;能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；能量的耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确。【针对训练U电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（）A.热量能自发地从低温物体传到高温物体B.热量不可以从低温物体传到高温物体C.热量的传递过程不具有方向性D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性答案D解析一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故本题答案为D0探究3能源与社会发展1 .能源开发人类社会要发展，能源是必不可少的资源，但现有的煤、石油、天然气等化石燃料都是远古时期储存的太阳能，不可再生,不久的将来都要枯竭。同时,大量使用这类燃料对环境的破坏非常严重，所以迫切需要找到新的替代能源。现有条件下，可供利用的新能源主要有地热能、太阳能、海洋能、生物能等。2 .环境问题（1）温室效应：由于大气中温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。(2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。(3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。(4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。【例4关于能源的利用和节约，下列说法正确的是()A.根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%B.由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C.节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D.在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉答案D解析能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有彳不可损失，虽然遵从能量守恒定律。但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。【针对训I练2】PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染,要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量,下列说法正确的是()A.自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用B.能量被使用后就消灭了，所以要节约能源C.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源D.能量的耗散说明自然界的能量正在不断减少答案C解析煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故D错误。限时自测逐点突破随堂对点自测1 .（能量的转化与守回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T电能一机械能B.太阳能T机械能一电能C.电能-太阳能T机械能D.机械能T太阳能一电能答案A解析帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A02 .（能量转移或转化的方向性）下列关于能量的耗散的说法不正确的是（A.能量的耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律B.能量的耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用C.各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的D.能量的耗散导致能量品质的降低答案A解析能量的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，选项A错误，D正确；耗散的内能很难再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。3 .（能源与社会发展）针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是（）A.排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律B.排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律C.当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理D.能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化答案A解析排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确，不符合题意；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确，不符合题意。4.（能源与社会发展）关于能量和能源，下列说法中正确的是（）A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源D.能量的耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了答案D解析化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源，选项A错误；人类在不断地开发和利用新能源，但是能量是不可以被创造的，选项B错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质降低，所以还需要节约能源，选项C错误。课时定时训练（限时20分钟）1.下列过程中，可能实现的是（）A.水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能B.内燃机汽缸内气体的内能全部转化为机械能C.在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高D.静止在光滑水平面上的物体,温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来答案C解析根据能量转化和转移的方向性可知,物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，因此选项A、B、D是错误的，而选项C是可能实现的过程。2.与热现象有关的过程中不可避免地出现能量的耗散现象。所谓能量的耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量的耗散的说法中正确的是（）A.能量的耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B.能量的耗散表明，能量守恒定律具有一不定的局限性C.能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了D.能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性答案C解析能量的耗散过程中，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，故A、B错误，C正确；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的方向性,机械能可以自发地转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故D错误。3.下列哪些现象属于能量的耗散（）A利用水能发电转变成电能B.利用太阳能发电转变成电能C.电池的化学能转变成电能D.火炉把房间的温度升高答案D解析水力发电、太阳能发电、化学能转变成电能，电能可以利用，不属于能量的耗散,可再进一步利用,直到都转变成不可回收的内能,就是能量的耗散了,故D正确。4.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.在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少C.能量的耗散说明能量在转化过程中没有方向性D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造答案B解析自然界的能量守恒，但能源需要节约，故A错误；在利用与节约能源的过程中，能量在数量上并没有减少，故B正确；能量的耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；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D错误。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的耗散，这表明自然界的能量是不守恒的C.能量的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解析自然界的能量虽然是守恒的，但是利用过程中有能量的耗散，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的，故A错误;能源的利用过程中有能量的耗散，但是自然界的能量是守恒的，故B错误；能量的耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；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。6 .低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是（）A.能量是守恒的,没有必要提倡节约能源B.能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发D.人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源答案D解析在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。7 .如图所示为某运动员撑竿跳时的四个阶段,请根据你所学过的知识分析这四个阶段中的能量转化情况。答案见解析解析运动员在助跑阶段，身体中的化学能转化为运动员和杆的动能；撑竿起跳过程中，开始时运动员的动能和身体中的化学能转化为运动员的重力势能和杆的弹性势能；然后杆的弹性势能转化为运动员的重力势能，使运动员上升到横杆以上的高度；越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能。&四川省”十二五水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大,蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4o已知水的密度为IXlO3kgm3,重力加速度取10m/s2,求：Q）电动机内阻消耗的热功率；（2）将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间（不计进、出水口的水流速度）。答案(1)1kW2X104s解析（1）设电动机的电功率为P，由P=U/得P19kW/=50AU380V设电动机内阻厂上消耗的热功率为Pr,则Pr=Fr=502×0.4W=1×IO3W=1kW0（2）设蓄水总质量为M1所用蓄水时间为to已知抽水高度为=20m,容积为I/=864m3,水的密度为p=l×103kgm3r贝（JM=pI/=1×IO3×864kg=8.64×IO5kg设质量为例的河水增加的重力势能为fp,则5=g7=1.728×108J设电动机的输出功率为自，则a=P-自根据能量守恒定律得r×60%×80%=XEP代入数据解得将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间1=2x104So