資源簡介

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第二十二章 能源與可持續發展
第二十二章 能源與可持續發展
第4節 能源與可持續發展
歷史上許多民族都將太陽作為頂禮膜拜的神明。如果沒有太陽，地球就會處在黑暗和冰冷的長夜中，也不會孕育出任何生命。
實際上，宇宙中除了太陽還有無數的恒星，那些恒星離我們非常遙遠，所以看起來沒有太陽那么大、那么亮。太陽是離地球最近的一顆恒星。許多恒星比太陽還大。每顆恒星都在釋放巨大的能量，它們每時每刻都在向外輻射著驚人的光和熱 。
太陽和其他恒星為什么會輻射如此巨大的能量？人類利用的能量都是由太陽提供的嗎？人類使用的能量是無窮無盡的嗎？讓我們在本章中一起探索這些有趣的問題吧！
1. 能量轉移和能量轉化的方向性
2. 能源消耗對環境的影響
3. 能源與可持續發展
學習內容導覽
第4節 能源與可持續發展
學習目標
1. 知道能量的轉移和轉化都是有方向性的。
2. 認識伴隨大量能源消耗對環境的影響問題，對于能源開發利用有可持續發展的意識。
3. 了解未來理想能源的特征。
第4節 能源與可持續發展
想一想：
（1）化石能源是現代人類文明所需的主要能源。按現在的能源消耗，世界上的石油、天然氣和煤等化石能源將在幾十年至200年內逐漸耗盡。
由于它們屬于不可再生的資源，等到那一天，我們人類又會用什么？
（2）我們知道，自然界中的能量在轉移和轉化過程中是守恒的。按照這個規律推理，那么地球上的能量就不會減少了，但是為什么全人類還需要節約能源？為什么還要發展尋找新的理想能源
這節課我們一起學習這些知識。
第4節 能源與可持續發展
一、能量轉移和
能量轉化的方向性
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
1. 能量轉移具有方向性
（1）探究能量轉移具有方向性
①實例一：把一杯水放到溫度較高的環境中，水是否會自動變熱？把水放到溫度較低的環境中，水是否會自動變熱？
【現象】若把水放到溫度較高的環境中，水吸收熱量，溫度升高，內能增加。若把水放到溫度較低的環境中，水放出熱量，溫度降低，內能減少。水的內能會傳給空氣，水不會變熱。
【分析】這是因為在熱傳遞的過程中，熱量只能
自發地從高溫物體轉移到低溫物體，而不能自發地
從低溫物體轉移到高溫物體。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
你見過生活中熱量從低溫物體轉移到高溫物體的嗎？
②實例二：如果要使熱量從低溫物體轉移到高溫物體，就需要消耗其他形式的能量。例如，電冰箱工作時將熱量從溫度較低的內部轉移到溫度較高的外部，需要消耗額外的電能。
（2）探究歸納
在熱傳遞的過程中，能量總是自發地從
高溫物體轉移到低溫物體，不能相反。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
電冰箱制冷
要消耗電能
結論：能量的轉移具有方向性.
2. 能量轉化具有方向性
（1）探究能量轉化具有方向性
①實例一：火力發電廠把煤中貯存的化學能轉化為電能，供生產和生活用。用電器將電能轉化為內能、光能、機械能多種形式的能后，但是這些能量無法再變回可以被利用的能源。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
化學能
內能、光能、機械能…
電能
②實例二：
汽車制動時，由于摩擦，動能轉化成了輪胎、地面和空氣的內能，但這些能量不能自動地收集起來再次驅動汽車。這些能量雖然沒有消失，但也不能再被我們利用。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
（2）探究歸納：能量的轉化具有方向性。
3. 綜合上述探究可得出結論
結論：能量的轉移和轉化具有方向性.
3. 節約能源
能量的轉化和轉移都是有方向性的，人們是在能量的轉化或轉移的過程中利用能量的。
因此，不是所有的能量都可以利用。能源的利用是有條件的，我們所能利用的能源是有限的，所以需要節約能源。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
【例題1】如圖甲所示，用兩個玻璃杯做“棉紗滴水實驗”，過一段時間后_____（選填“a”或“b” ）杯中的棉紗末端有水滴出。圖乙為某轎車輸出的能量與輸入能量之間的關系圖，圖中損失的化學能可以使質量為8kg的水溫度升高_____℃[水的比熱容為4.2×103 J/（kg ℃）]。轎車剎車時，由于摩擦，轎車損失的機械能不能自動地集起來再次開動轎車，這說明能量的轉化和轉移具有_________ 。
0.5
a
方向性
一、能量轉移和能量轉化的方向性
根據虹吸原理可知，發生此現象時出水口比上容器的水面必須低，這樣使得出水口液面受到向下的壓強大氣壓加水的壓強大于向上的大氣壓，保證水的流出，故a可以，b不可以。
由 可得，損失的化學能可使汽車水箱內水升高的溫度
汽車剎車時，由于摩擦，汽車的動能轉化為地面、空氣的內能，這些能量會散發到周圍的環境中，無法再回收利用；摩擦生熱時內能以熱量的形式散發掉，所以能量轉化和轉移具有方向性，這些內能不能自動地再次開動汽車。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對
環境的影響
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
人類消耗各種能源時給自己帶來了便利，也給自己造成了麻煩，不可避免地對環境造成影響，對環境造成了污染。
想一想：能源消耗對環境有哪些影響？
化石能源是現代的主要能源。化石燃料在燃燒利用過程中, 產生的各種氣體與固體廢物和余熱對環境造成污染。
二、能源消耗對環境的影響
二、能源消耗對環境的影響
（1）熱污染
化石能源通過燃燒轉化為內能，相當一部分內能沒有被有效利用，從而造成了熱污染。汽車尾氣是造成空氣污染和城市熱島效應的罪魁禍首之一。
城市里，大量煙塵和廢氣阻礙了地表熱量向外輻射。另外，城市中的建筑物、混凝土和瀝青路面，改變了地表的反射率和蓄熱能力，使得城市氣溫比周圍農村的高。
1. 能源消耗對環境的影響，主要體現在以下幾個方面
一座1.0×107kW燃煤電廠，每年燃煤約3.5×106t，向大氣排放二氧化碳、二氧化硫、微塵及其他致病的有害物質可達1.09×106t.
（2）大氣污染
化石能源在使用中會產生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等，會造成大氣的污染，形成酸雨，導致水、土壤的酸化，對植物、建筑物、金屬構件造成危害.
二、能源消耗對環境的影響
①酸雨
酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 雨、雪等在形成和降落過程中，吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質，形成了pH低于5.6的酸性降水。
酸雨的形成過程
酸雨主要是人為的向大氣中排放大量酸性物質所造成的。例如燃料燃燒生成的二氧化硫、氮氧化物、粉塵和一氧化碳等有害物質。
二、能源消耗對環境的影響
②酸雨的危害
酸雨可導致土壤酸化。土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態鋁化合物。植物長期和過量的吸收鋁，會中毒死亡。
被酸雨嚴重腐蝕的樂山大佛
酸雨能使非金屬建筑材料表面硬化、水泥溶解，出現空洞和裂縫，導致強度降低，建筑材料變臟、變黑，損壞建筑物。
土壤酸化
二、能源消耗對環境的影響
（3）溫室效應
溫室效應是指透射陽光的空間由于與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，給地球穿上了一件保暖羽絨服。而燃料燃燒產生的大量二氧化碳，大大加劇了地球的溫室效應。
溫室效應會造成全球氣候變暖，冰川融化，海平面上升，出現極端高溫、干旱、颶風、許多生物物種滅絕，也給人類帶來直接威脅。
二、能源消耗對環境的影響
（4）生態破壞
一些欠發達地區過分依靠柴薪能源，破壞了森林和植被，加劇水土流失和土地荒漠化。
二、能源消耗對環境的影響
（5）有害輻射
核能的開發和利用，也不是絕對清潔和安全的，處理不當或遇到特殊情況（如地震）發生核泄漏時，會對環境造成嚴重的輻射危害.
2011年3月12日，地震導致福島第一核電站、第二核電站電廠的放射性物質泄漏到外部。
二、能源消耗對環境的影響
（6）廢物污染
煤、柴薪等能源在使用后，會產生廢物，對環境也會造成一定的污染.
二、能源消耗對環境的影響
能源種類 產生 的環境問題 石油和 天然氣 煤 水力發電 核能 柴薪
空氣污染
廢物
有害輻射
水土流失和沙漠化（破壞生態平衡）
√
√
×
×
√
√
×
×
√
√
×
×
×
×
√
×
×
×
×
√
想想議議：在消耗各種能源時，對環境造成怎樣的破壞呢？用“√”表示大量消耗能源對環境會有明顯的破壞，用“×”表示對環境不會造成明顯的破壞。
二、能源消耗對環境的影響
2. 利用能源的建議
（1）人類不應當無限制地向大自然索取，我們必須在提升物質文明的同時，保持與自然環境的和諧與平衡。
（2）不要因為利用能源時會對環境造成污染而停止使用能源，也不能為了促進文明和社會的發展而過量使用能源，對環境造成嚴重污染。使用能源和保護環境可以做到有機地統一、和諧地發展。要解決這個問題，當然離不開科學技術的進步和社會的發展。
二、能源消耗對環境的影響
【例題2】空氣中的二氧化碳、甲烷、水汽等物質能讓太陽發出的熱順利地通過，到達地球，但卻阻礙地表反射的熱散發到大氣層外，大氣的這種保暖作用稱作_________效應；而城市的平均氣溫要比周圍的鄉村高一些，這種現象稱為________效應，它給城市和鄉村的環境帶來了不利的影響。
溫室
二、能源消耗對環境的影響
熱島
空氣中的二氧化碳、甲烷、水汽等物質能讓太陽發出的熱順利地通過，到達地球，但卻阻礙地表反射的熱散發到大氣層外，大氣的這種保暖作用就像玻璃溫室一樣，稱作溫室效應。
熱島效應指的是城市的平均氣溫要比周圍的鄉村高一些，它給城市和鄉村的環境帶來了不利的影響。
三、能源與
可持續發展
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
我國目前能源消耗結構
想想議議
請觀看我國目前的能源消耗結構圖，發現什么問題？
煤和石油是現在人們使用的主要能源。
按現在的能源消耗計算，世界上的煤、石油和天然氣等化石能源將在幾十年至200年內逐漸耗盡。同時大量消耗常規能源帶來了環境問題。
開發未來理想能源是人類發展所要解決的重要課題。你認為風能、太陽能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成為未來的理想能源，為什么？
三、能源與可持續發展
三、能源與可持續發展
1. 可持續發展的兩個方向
能源的利用要考慮持續性發展，既要滿足當代人的需要，又要考慮后代人的需求。
（1）提高能源的利用率，減少在能源使用中對環境的破壞。
（2）開發和利用新的理想能源。
三、能源與可持續發展
2. 不可再生能源和可再生能源
核能
（1）不可再生能源
化石能源、核能等能源會越用越少，不能在短期內從自然界得到補充，這類能源稱為不可再生能源。
由于全世界能源的消耗逐年上漲，這些不可再生能源會在不太長的時間內消耗殆盡。
（2）可再生能源
像風能、水能、太陽能等可以在自然界里源源不斷地得到，所以把它們稱為可再生能源。
可再生能源是未來理想能源的一個重要發展方向。
三、能源與可持續發展
3. 未來理想能源
未來理想能源須滿足的條件：
（1）必須足夠豐富，可以保證長期使用；
（2）必須足夠便宜，可以保證多數人用的起；
（3）相關技術要成熟，可以保證大規模使用；
（4）必須足夠安全、清潔，可以保證不會嚴重影響環境。
三、能源與可持續發展
你認為風能、太陽能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成為未來的理想能源，為什么？
風能、水能、太陽能、地熱能、潮汐能有可能成為今后的理想能源，因為這些能源既可以循環使用，又不會對環境產生破壞和污染。
三、能源與可持續發展
秦山核電站
敦煌光伏電站吸熱塔
新疆達坂城風力發電
4. 我國新能源開發和利用的實例
河南黃河小浪底發電工程
三、能源與可持續發展
新疆太陽能發電站
羊八井地熱電站
藍鯨一號南海開采可燃冰
我國在試驗氫能源汽車
三、能源與可持續發展
【例題3】能源既是國家經濟發展的命脈，也是國家發展戰略的重要支柱。我省多地有效調整能源結構，穩步發展安全高效的能源體系，合理利用圖所示三種發電方式，并取得了顯著成效。
（1）火力發電常使用煤作燃料，煤、石油等化石能源于______（選填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）B的能量轉化方式是把_______ 能轉化成電能；
（3）與C相比，A、B發電的共同優點是__________（合理即可）。
不可再生
三、能源與可持續發展
太陽
綠色環保
（1）煤、石油等化石能源在短期內都不能得到補充，所以是不可再生能源。
（2）太陽能發電是通過光電轉化把太陽能直接轉化成電能。
（3）與火力發電相比，風力發電和太陽能發電的共同優點是節約資源、綠色環保、無廢渣廢氣排放。
三、能源與可持續發展
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
四、課堂總結
能源消耗對
環境的影響
①提高能源的利用率，減少使用中對環境的破壞。
②開發和利用新的理想能源。
①不可再生能源：化石能源、核能等能源會越用
越少，不能在短期內從自然界得到補充的能源。
②可再生能源：像風能、水能、太陽能等
可以在自然界里源源不斷地得到的能源。
必須足夠豐富；必須足夠便宜；
必須技術成熟；必須安全、清潔。
能源與可持續發展
能量轉移和轉
化具有方向性
四、課堂總結（1）
能源分類
未來理
想能源
發展方向
①能量轉移和轉化具有方向性；
②能源的利用是有條件的，所以需要節約能源。
熱污染、大氣污染、溫室效應、
生態破壞、有害輻射、廢物污染。
能源與可
持續發展
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
五、動手動腦學物理
五、動手動腦學物理
1. 能源的使用，不過是一種形式的能轉化為另一種形式的能而已，自然界的能量是守恒的，它既不能創生，也不會消滅。既然如此，那為什么還要節約能源呢？
人類是在能量的轉化或轉移的過程中利用能量，但能量的轉移和轉化具有方向性，如電冰箱里的內能不會自動轉移到外部，而必須消耗其他的能量(電能）才能把內能轉移出來，使電冰箱內部變冷。化石能源、核能等是不可再生能源，現在開采得越多，留給子孫后代的就越少。有些能量如內能，一旦耗散，便不可能再利用。所以，可利用的能源是有限的，我們必須要節約能源。
五、動手動腦學物理
2. 能源家族中，有木柴、煤炭、石油、天然氣、水能、風能、太陽能、核能等，哪些屬于不可再生能源？哪些屬于可再生能源？
木柴、水能、風能、太陽能屬于可再生能源；煤炭、石油、天然氣、核能屬于不可再生能源。
五、動手動腦學物理
3. 小玲有個困惑的問題：電能是可再生能源還是不可再生能源？她查了好幾本書也沒查到？請你告訴她怎么看待這個問題。
可再生能源和不可再生能源是針對可以從自然界中直接獲取的能源，即一次能源而言的，而電能屬于二次能源，談不上可再生和不可再生。
五、動手動腦學物理
4. 我們經常聽說“節能減排”，什么是“減排”？為什么要“減排”？“減排”為什么是和“節能”連在一起的？
節能減排就是節約能源、降低能源消耗、減少污染物的排放。節能減排包括節能和減排兩大技術領域，二者既有聯系，又有區別。一般地講，節能必定減排，而減排卻未必節能，所以減排項目必須加強節能技術的應用，以避免因片面追求減排結果而造成能源消耗激增，注重社會效益和環境效益均衡。
五、動手動腦學物理
5. 我國幅員遼闊，各地的自然條件有很大差異，這是發展各有特點的可再生能源的有利條件。請你列舉三種不同的可再生能源例子，說明我國在哪個地方有利于發展（或已經發展了）哪種可再生能源。
①太陽能：主要分布在我國的西北地區，這里光照強、太陽能資源豐富、人口稀少。
②風能：我國風能最豐富的地區主要分布在東北、華北北部、西北地區及沿海地區。
③水能：主要分布在我國的西南地區。
一、能量轉移和能量轉化的方向性
二、能源消耗對環境的影響
三、能源與可持續發展
四、課堂總結
五、動手動腦學物理
六、課堂練習
本節課學習流程
第4節 能源與可持續發展
六、課堂練習
1. 人類的發展離不開能源，“碳達峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴承諾。對于能量和能源，下列說法中正確的是（　　）
A．現代生活離不開電，電力是一次能源
B．提高能量轉化效率是“節能減排”的重要措施之一
C．新能源的開發和利用技術難、成本高，無實用價值
D．能量既不能創造，也不會消滅，所以不用節約能源
B
六、課堂練習
解析見下頁
A．電能是二次能源，是消耗一次能源得到的，故A錯誤；
B．消耗能量時，有相當部分沒有被利用，所以提高能量轉化效率的重要措施之一是節能減排，故B正確；
C．有些新能源存在開發技術難、成本高問題，但新能源安全、清潔，不會嚴重影響環境的優點，故C錯誤；
D．能量既不會憑空消失，也不會憑空產生，但其消耗具有方向性，所以一定得節約能源，故D錯誤。
所以選B.
六、課堂練習
2. 近年，云南省大規模發展風能發電產業（如圖），風電利用小時數領先于全國其他省份。下列與風能同屬于可再生能源的是（　　）
A．天然氣 B．石油
C．煤炭 D．太陽能
D
ABC．天然氣、石油、煤炭是化石能源，短期內不能從自然界得到補充，屬于不可再生能源，故ABC不符合題意；
D．太陽能可以源源不斷的從自然界得到，屬于可再生能源，故D符合題意。
所以選D。
六、課堂練習
3. 太陽是人類能源的寶庫。下列說法正確的是（　　）
A．能量的轉化和轉移是有方向性、不可逆的
B．太陽能是太陽內部氫原子核發生裂變釋放的能量
C．太陽能是未來的理想能源之一，是不可再生能源
D．中國空間站上用到的太陽能電池板是將太陽能直接轉化為化學能
A
A．能量的轉化和轉移使有方向性的，不可逆的。故A正確；
B．在太陽內部，氫原子核在超高溫作用下發生聚變，釋放巨大的核能，故B錯誤；
C．太陽能可以長期提供或再生，屬于可再生能源，故C錯誤；
D．太陽能電池板工作時，先將光能轉化為電能，然后將電能轉化為化學能儲存在蓄電池中，故D錯誤。
所以選A。
六、課堂練習
4. 我們生活在能量的世界，社會的進步和發展離不開能量。對于能量、能源的認識，下列說法正確的是（ ）
A．做功過程實質是能量的轉化或轉移過程
B．能量轉化具有方向性，所以能量不守恒
C．核燃料能量轉化效率可達100%，需大力發展
D．煤、石油、天然氣提供的能量源自地球本身
A
六、課堂練習
解析見下頁
A．能量既不會消滅，也不會創生，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體。因此做功過程實質上是能量的轉化和轉移的過程，故A正確；
B．根據能量守恒定律可知，在能量轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變，但能量的轉化和轉移具有方向性，不能反過來轉化，故B錯誤；
C．由于不可避免的能量損耗，因此核燃料能量轉化不可能達到100%，故C錯誤；
D．煤、石油、天然氣等來源于遠古時期動植物，而動植物的能量來源于太陽輻射能，故D錯誤。
所以選A。
六、課堂練習
5．我國紅沿河核電站核能供暖示范項目，利用核能發電的同時實現了清潔供暖。
（1）核電站利用原子核_______（選填“聚變”或“裂變”）釋放的核能發電；
（2）核電站利用發電過程中產生的余熱進行供暖，提高了能量的利用率。供暖時，用水做輸運能量的介質，是因為水的_______大；
（3）在能量轉化和轉移的過程中，能量的總量_________ 。但是在供暖過程中，熱量只能自發地從高溫物體轉移到低溫物體，不能相反，這一現象說明能量的轉移具有________ 。
不變
裂變
六、課堂練習
比熱容
解析見下頁
方向性
（1）獲得核能的兩種途徑：核裂變和核聚變，核電站都是利用原子核裂變的鏈式反應發電。
（2）供暖的“暖氣”用水做輸運能量的介質，是因為水的比熱容較大，相同質量的水和其它物質比較，降低相同的溫度時，水放出的熱量多。
（3）熱量總是自發地從高溫物體傳到低溫物體，而不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，說明能量的轉移和轉化具有方向性；能量在轉化或轉移的過程中總量保持不變。
六、課堂練習
6．如圖1是汽油機某次工作時的能量分布圖。
（1）這次工作，汽油機的效率η=_______ ；
（2）汽油的熱值是4.6×107J/kg，汽油機要獲得該次工作時的所有能量需要完全燃燒______ kg的汽油；
（3）下列能源中，其特性可以用如圖2的陰影部分表示的是___ 。
A．汽油 B．核能 C．電能 D．太陽能
解析見下頁
D
40%
1
六、課堂練習
（1）汽油機的機械效率
（2）汽油機工作時的所有能量
Q總=0.46×107J+1.84×107J+1.38×107J+0.92×107J=4.6×107J
由 Q=mq得
六、課堂練習

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