2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 第八节 能源的利用与开发学案 粤教版必修2.doc

第八节能源的利用与开发知识目标核心素养1.了解能源及其分类2了解能源危机与环境污染，树立节约能源与保护环境的意识3了解新能源的开发，了解开发新能源和可持续发展的关系.1.了解能源在人类生活和生产中的重要性，了解现阶段能源利用的现状2了解环境污染的现状，体会开发新能源和进行环境保护的必要性和重要性3树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，增强节约能源和保护环境的意识和责任感.一、能源及其分类1能源指在一定条件下能够提供可利用能量的物质资源，它是人类社会活动的物质基础2分类(1)按照基本形态分类能源通常可分为一次能源和二次能源所谓一次能源是指直接取之于自然界，未经人类加工转换的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能等二次能源是指从一次能源直接或间接转化而来的能源，如电能、氢能、焦炭等一次能源和二次能源的概念实际上反映了人类对能源的两种利用方式从一次能源到二次能源是人类对能源利用方式的飞跃一次能源经过加工后，实现了不同能源的转换，大大提高了能源的利用率和使用范围(2)按来源分类可将能源分为可再生能源和不可再生能源水能、风能、太阳能等属于可再生能源煤、石油、天然气等属于不可再生能源(3)按目前应用广泛程度分类可分为常规能源和新能源目前普遍使用的煤、石油、天然气属于常规能源核能、地热能、海洋能、太阳能等属于新能源(4)按对环境的污染程度分类可分为清洁能源和非清洁能源清洁能源(也称“绿色环保”能源)：太阳能、风能等非清洁能源：煤、石油、天然气等二、能源危机与环境污染1能源危机化石能源的不断枯竭而造成的能源供应短缺(1)常规能源储量有限，开发不合理，浪费严重；按现在的消耗速度，石油只能供开采约40年，煤只能供开采约200年，天然气也只能供开采约60年(2)人类社会发展对能源的需求日益增加(3)新能源的开发和利用需要解决一系列技术问题2环境污染石油、煤炭和天然气的使用导致了巨大的环境污染，污染了大气，给人类的生存环境带来了下列诸多问题：酸雨、温室效应、臭氧层的破坏、土壤酸性化、生态平衡的破坏.3我国面临的环境和能源问题十分严峻三、能源的开发1节约能源，开发可替代煤、石油、天然气等常规能源的新能源，研究清洁能源是缓解当前能源危机及保持和改善人类生存环境的有效措施2人类未来大力开发的新能源有：核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能、氢能等1判断下列说法的正误(1)能量被使用后就消失了，所以要节约能源()(2)自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用()(3)人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源()(4)人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造()(5)大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化()2如果每人每年节约用电1千瓦时，那么，全国13亿人口节约用电1年相当于_ t标准煤燃烧释放的能量(标准煤热值为2.93107 J/kg)答案1.60105解析由题可知，共节约的电能为E1.31093.6106 J4.681015 J，则EmQ，m kg1.60108 kg1.60105 t.能源开发与可持续发展请结合图1中煤炭、石油的开采画面以及废气污染的情景，思考以下问题：图1(1)自然界中能量是守恒的，不用担心煤炭、石油等能源的消耗，这种观点正确吗？(2)能源的开发与利用应该注意哪些问题？答案(1)错误(2)见知识深化1能源的开发与利用：(1)能源的分类从人类使用能源的先后将能源分为常规能源和新能源常规能源：煤、石油、天然气等新能源：太阳能、沼气、地热能、核能等从能源的来源可分为不可再生能源和可再生能源不可再生能源：用完后在短期内不可能从自然界得到补充的能源，如煤、石油、天然气等可再生能源：取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水能等从对环境的污染情况可分为清洁能源和非清洁能源清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水能等非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等(2)常规能源与新能源的转化途径：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，能源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(3)可持续发展的三个发展方向对常规能源合理有效地利用，保留环境与生态平衡开发新型清洁的能源和可再生能源积极研发节能的新技术，提高能源利用效率例1二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法不能成立的是()A在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高B经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命C由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高D现在的地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能答案D解析地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，选项A成立；由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，则选项B成立；由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，故选项C成立；生活用电和工业用电使电能向其他形式的能转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，选项D不能成立例2瀑布从20 m高处以Q103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/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%，那么发电机输出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)答案1.58105 kW解析根据能量的转化分析可得，瀑布竖直下落后减少的机械能为mghmv2，水的机械能转化为电能的功率为PQ0.81031030.8 W1.58105 kW.1(能源和分类)(多选)能源可划分为一次能源和二次能源自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源间接制取的能源称为二次能源以下说法正确的是()A电能是二次能源 B水力是二次能源C天然气是一次能源 D焦炉气是一次能源答案AC解析电能是二次能源，A正确天然气和水力都是自然界中现成的能源，是一次能源，B错误，C正确；焦炉气是焦炉厂运作生产时产生的衍生物质，故不是一次能源，D错误2(能源的利用及环境问题)下述做法能改善空气质量的是()A以煤等燃料作为主要生活燃料B利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C鼓励私人购买和使用汽车代替公交车D限制使用电动车答案B解析以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽车对汽油的消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车不能改善空气质量，故B选项正确3(能量守恒与能源)(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是()A能源是有限的，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为B根据能量转化与守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护D不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径答案ACD解析化石能源的资源是有限的，因此要开发和利用新能源，同时加强环境保护4(能源的开发)风能是一种环保型能源，风力发电是风吹过风轮机叶片，使发电机工作，将风的动能转化为电能，设空气的密度为，水平风速为v，风力发电机每个叶片长为L，叶片旋转形成圆面，设通过该圆面的风的动能全部转化为电能，则发电机的电功率为()A.L2v B.Lv2C.L2v2 D.L2v3答案D解析叶片旋转所形成的圆面积为：SL2t秒内流过该圆面积的风柱体积为：VSvtL2vt风柱体的质量为：mVL2vt风柱体的动能为：Ekmv2L2v3t发电机的电功率为：PL2v3，故选项D正确.一、选择题考点一能源及分类1风能和水能是以下哪一种能的间接形式()A核能 B电能C太阳能 D地热能答案C2(多选)以下说法正确的是()A煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B汽油是一种清洁能源C水能是可再生能源D煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的答案AC3(多选)下列说法中正确的是()A核能是一种常规能源B煤、石油、天然气叫做常规能源C大量消耗常规能源产生了“温室效应”D燃烧煤炭时生成的二氧化硫使雨水酸度升高，形成酸雨答案BCD解析煤、石油、天然气属于常规能源，核能、地热能、海洋能、太阳能等则属于新能源考点二能源危机与环境污染4消耗石油和煤炭给环境带来的主要问题是()A运输过程中的泄漏B机械运动过程中的噪音C燃烧时消耗的氧气D燃烧时产生的二氧化碳答案D解析消耗石油和煤炭给环境带来的主要问题是燃烧时产生的二氧化碳，使地球整个的环境慢慢发生变化，D正确，A、B、C错误5(多选)下列说法正确的是()A根据能量守恒定律，能量不会消失，因此不会出现能源危机B相对人类的历史来说，太阳能是取之不尽，用之不竭的C节约能源、开发新能源是解决能源危机的有效途径D风能是目前能源开发利用中较为理想的清洁能源答案BCD解析能量虽然不会消失，但能量的转化方式有方向性，从而在利用能源时会使能源或能量的品质越来越低，最后不能被我们所利用，故A的说法不正确6下列说法中正确的是()A从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多B只要方法得当，可以制造出“永动机(不消耗能量，但可源源不断地提供能量)”C因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的D以上说法均不正确答案D解析自发的热传递的条件是必须存在温度差，而不是内能差，甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，故A错误；“永动机”不符合能量守恒定律，故无论用什么方法都不会制造出，B错误；关于“能源危机”必须明白几点：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等；(2)人们在消耗能源时，放出热量，有的转化为内能，有的转化为机械能，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用，而可供利用的能源是有限的，不可能再生(或短时间内不可再生)因此，“能源危机”并非说明能量不守恒，C错误选D.7(多选)能源短缺和环境恶化指的是()A煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺B煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺C煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚在空气中污染空气，使环境恶化D大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的成分使环境恶化答案BD解析常规能源是有限的，用尽后不可能永续，这是能源短缺；环境恶化是指常规能源燃烧后排出的气体污染空气，使生态平衡被破坏等灾害现象，故选B、D.考点三能源的开发与利用820世纪80年代初，科学家们发明了硅太阳能电池如果在太空设立太阳能卫星电站，可24 h发电，这不仅不受昼夜气候的影响，而且太阳辐射强度大，利用微波电能转换装置，可将电能转换成微波向地面发送预计在21世纪初地球上空将会升起卫星电站硅太阳能电池实现的能量转换方式是()A光能微波 B光能热能C电能微波 D光能电能答案D解析太阳能卫星电站中的硅太阳能电池，利用微波电能转换装置，可将光能转换成电能，向外供电9(多选)关于能源的利用，下列说法中正确的是()A由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要B能源的利用过程，实质上是能量的转化和转移过程C现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气D煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能答案BCD10某中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费于是他们在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械能能够转化为电能设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10 m，且保持不变当水龙头放出1 t水时，小型水轮发电机所产生的电能为(g取9.8 m/s2)()A4 000 J B98 000 JC588 000 J D39 200 J答案D解析W1mgh1 0009.810 J98 000 J，W2W140%98 000 J3.92104 J.二、非选择题11(能源的开发和利用)利用水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量达每秒6 000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率(g取10 m/s2)答案1.5109 W解析取每秒流下的水量研究：m0V6106 kg，由能量守恒：m0gh50%Pt，t取1 s，h50 m，所以P6106105050% W1.5109 W.