20172018學(xué)年同步備課套餐高一物理粵教版必修2講義第四章第八節(jié)

第八節(jié)能源的利用與開(kāi)發(fā)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.認(rèn)識(shí)能源及其分類(lèi).2.認(rèn)識(shí)能源危機(jī)與環(huán)境污染，建立節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的意識(shí).3.認(rèn)識(shí)新能源的開(kāi)發(fā)，認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā)新能源和可連續(xù)發(fā)展的關(guān)系.一、能源及其分類(lèi)1.能源指在必定條件下可以供應(yīng)可利用能量的物質(zhì)資源，它是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ).2.分類(lèi)(1)依據(jù)基本形態(tài)分類(lèi)能源平時(shí)可分為一次能源和二次能源①所謂一次能源是指直接取之于自然界，未經(jīng)人類(lèi)加工變換的能源，如煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能、海洋能、地?zé)崮艿?②二次能源是指從一次能源直接或間接轉(zhuǎn)變而來(lái)的能源，如電能、氫能、焦炭等.一次能源和二次能源的看法實(shí)質(zhì)上反響了人類(lèi)對(duì)能源的兩種利用方式.從一次能源到二次能源是人類(lèi)對(duì)能源利用方式的飛馳.一次能源經(jīng)過(guò)加工后，實(shí)現(xiàn)了不一樣能源的變換，大大提升了能源的利用率和使用范圍.(2)按本源分類(lèi)可將能源分為可再生能源和不行再生能源.①水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等屬于可再生能源.②煤、石油、天然氣等屬于不行再生能源.(3)按當(dāng)前應(yīng)用廣泛程度分類(lèi)可分為慣例能源和新能源.①當(dāng)前廣泛使用的煤、石油、天然氣屬于慣例能源.②核能、地?zé)崮?、海洋能、太?yáng)能等屬于新能源.(4)按對(duì)環(huán)境的污染程度分類(lèi)可分為潔凈能源和非潔凈能源.①潔凈能源(也稱(chēng)“綠色環(huán)?！蹦茉?：太陽(yáng)能、風(fēng)能等.②非潔凈能源：煤、石油、天然氣等.二、能源危機(jī)與環(huán)境污染1.能源危機(jī)化石能源的不停枯竭而造成的能源供應(yīng)欠缺.(1)慣例能源儲(chǔ)量有限，開(kāi)發(fā)不合理，浪費(fèi)嚴(yán)重；按此刻的耗費(fèi)速度，石油只好供開(kāi)采約40年，煤只好供開(kāi)采約200年，天然氣也只好供開(kāi)采約60年.(2)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求日趨增添.(3)新能源的開(kāi)發(fā)和利用需要解決一系列技術(shù)問(wèn)題.2.環(huán)境污染石油、煤炭和天然氣的使用以致了巨大的環(huán)境污染，污染了大氣，給人類(lèi)的生計(jì)環(huán)境帶來(lái)了以下諸多問(wèn)題：酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層的破壞、土壤酸性化、生態(tài)均衡的破壞.3.我國(guó)面對(duì)的環(huán)境和能源問(wèn)題十分嚴(yán)重.三、能源的開(kāi)發(fā)1.節(jié)約能源，開(kāi)發(fā)可代替煤、石油、天然氣等慣例能源的新能源，研究潔凈能源是緩解當(dāng)前能源危機(jī)及保持和改進(jìn)人類(lèi)生計(jì)環(huán)境的有效措施.2.人類(lèi)將來(lái)大力開(kāi)發(fā)的新能源有：核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能、氫能等.[即學(xué)即用]1.判斷以下說(shuō)法的正誤.(1)能量被使用后就消逝了，所以要節(jié)約能源.(×)(2)自然界中石油、煤炭等能源可供人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)使用.(×)(3)人類(lèi)應(yīng)多開(kāi)發(fā)與利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等新式能源.(√)(4)人類(lèi)不停地開(kāi)發(fā)和利用新的能源，所以能量可以被創(chuàng)建.(×)大批煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環(huán)境惡化.(√)2.假如每人每年節(jié)約用電1千瓦時(shí)，那么，全國(guó)13億人口節(jié)約用電1年相當(dāng)于________t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒開(kāi)釋的能量.(標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為2.93×107J/kg)答案1.60×105分析由題可知，共節(jié)約的電能為E＝1.3×109×3.6×106J＝4.68×1015J，則E＝mQ，15E4.68×10≈1.60×108kg＝1.60×105t.能源開(kāi)發(fā)與可連續(xù)發(fā)展[導(dǎo)學(xué)研究]請(qǐng)聯(lián)合圖1中煤炭、石油的開(kāi)采畫(huà)面以及廢氣污染的情形，思慮以下問(wèn)題：圖1(1)自然界中能量是守恒的，不用擔(dān)憂煤炭、石油等能源的耗費(fèi)，這類(lèi)看法正確嗎？(2)能源的開(kāi)發(fā)與利用應(yīng)當(dāng)注意哪些問(wèn)題？答案(1)錯(cuò)誤(2)見(jiàn)知識(shí)深入[知識(shí)深入]1.能源的開(kāi)發(fā)與利用：(1)能源的分類(lèi).①?gòu)娜祟?lèi)使用能源的先后將能源分為慣例能源和新能源.慣例能源：煤、石油、天然氣等.新能源：太陽(yáng)能、沼氣、地?zé)崮堋⒑四艿?②從能源的本源可分為不行再生能源和可再生能源.不行再生能源：用完后在短期內(nèi)不行能從自然界獲得增補(bǔ)的能源，如煤、石油、天然氣等.可再生能源：取之不盡、用之不停的能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等.③從對(duì)環(huán)境的污染狀況可分為潔凈能源和非潔凈能源.潔凈能源：不污染環(huán)境的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等.非潔凈能源：對(duì)人類(lèi)環(huán)境造成污染的能源，如石油、煤等.(2)慣例能源與新能源的轉(zhuǎn)變門(mén)路：2.環(huán)境問(wèn)題：(1)溫室效應(yīng)：因?yàn)榇髿庵袦厥覛怏w(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成.主要原由是煤炭和石油的大批耗費(fèi)而產(chǎn)生的廢氣.(2)酸雨：大氣中的酸性物質(zhì)，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨過(guò)程中溶入雨水，使其成為酸雨.(3)光化學(xué)煙霧：氮氧化物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵杏龅疥?yáng)光中激烈的紫外線照耀后產(chǎn)生的二次污染物質(zhì).(4)浮塵：慣例能源燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大批的浮塵.3.人類(lèi)與能源的關(guān)系：(1)有益方面：能源的利用給人類(lèi)的生活帶來(lái)了極大的改進(jìn)，人類(lèi)社會(huì)每一次重要的經(jīng)濟(jì)飛馳和生產(chǎn)革命，都與新的能源和動(dòng)力機(jī)械的利用親近相關(guān)，能源耗費(fèi)的多少已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)記.(2)不利方面：能源的大批使用會(huì)給環(huán)境帶來(lái)極大的破壞，如大氣污染、溫室效應(yīng)、酸雨等，對(duì)人類(lèi)造成很大的危害.(3)可連續(xù)發(fā)展的三個(gè)發(fā)展方向.①對(duì)慣例能源合理有效地利用，保留環(huán)境與生態(tài)均衡.②開(kāi)發(fā)新式潔凈的能源和可再生能源.③踴躍研發(fā)節(jié)能的新技術(shù)，提升能源利用效率.例1二氧化碳對(duì)長(zhǎng)波輻射有激烈的汲取作用，地球表面發(fā)出的長(zhǎng)波輻射到大氣層此后被二氧化碳截獲，最后使大氣升溫.大氣中的二氧化碳像溫室的玻璃相同，只準(zhǔn)太陽(yáng)的熱輻射進(jìn)來(lái)，不讓室內(nèi)的長(zhǎng)波輻射出去，大氣中的二氧化碳的這類(lèi)效應(yīng)叫溫室效應(yīng).這是當(dāng)前科學(xué)界對(duì)地球天氣變暖進(jìn)行分析的一種看法，依據(jù)這類(lèi)看法，以下說(shuō)法不可以成立的是( )在地球形成的初期，火山活動(dòng)屢次，排出大批二氧化碳，當(dāng)時(shí)地球的溫度很高經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間，地殼的巖石和二氧化碳發(fā)生了化學(xué)反響，以致二氧化碳減少，地球上出現(xiàn)了生命C.因?yàn)楣I(yè)的發(fā)展和人類(lèi)的活動(dòng)，以致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在升高D.此刻的地球正在變暖的原由是工業(yè)用電和生活用電的急劇增添，使電能和其余形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案D分析地球形成的初期，地殼不如此刻堅(jiān)固，地球不如此刻穩(wěn)固，火山活動(dòng)屢次，吻合地質(zhì)的發(fā)展規(guī)律.因?yàn)榛鹕降膰姲l(fā)，排出大批的二氧化碳，從而以致當(dāng)時(shí)的地球氣溫高升，選項(xiàng)A成立；因?yàn)槎喾N原由，此中包含巖石中的礦物成分與水、氧氣、二氧化碳發(fā)生化學(xué)反響，使地球上的巖石進(jìn)一步分化，最后形成土壤，二氧化碳減少，形成了合適生命生計(jì)的條件，則選項(xiàng)B成立；因?yàn)楣I(yè)的發(fā)展和人類(lèi)的活動(dòng)，大批地使用慣例能源，以致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在高升，應(yīng)選項(xiàng)C成立；生活用電和工業(yè)用電使電能向其余形式的能轉(zhuǎn)變，會(huì)產(chǎn)生熱，但不是溫室效應(yīng)的主要原由，選項(xiàng)D不可以成立.例2瀑布從20m高處以Q＝103m3/s的流量豎直落下，流進(jìn)底部的水輪機(jī)后再以2m/s的速度流出，水輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電.假如水的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男适?0%，那么發(fā)電機(jī)輸出的電功率有多大？(瀑布在山頂?shù)乃俣瓤珊鲆暡挥?jì)，g取10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字.)答案1.58×105kW分析依據(jù)能量的轉(zhuǎn)變分析可得，瀑布豎直著落后減少的機(jī)械能為12mgh－mv，水的機(jī)械能2Wmgh－12×0.8v2轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓β蕿镻＝t＝t＝Qρgh－2×0.8＝103×103×10×20－1×22×0.8W≈1.58×105kW.2針對(duì)訓(xùn)練最近幾年來(lái)我國(guó)成立了好多風(fēng)力發(fā)電廠，某地均勻風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風(fēng)車(chē)，它的風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面，假如這個(gè)風(fēng)車(chē)能將圓面內(nèi)10%的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車(chē)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大？答案3.4kW分析在t時(shí)間內(nèi)作用于風(fēng)車(chē)的氣流質(zhì)量m＝πr2ρv·t這些氣流的動(dòng)能為12mv2，轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔蹺＝1mv2×10%2所以風(fēng)車(chē)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的功率為P＝Et＝12πr2ρv3×10%代入數(shù)據(jù)得P≈3.4kW.1.(能源和分類(lèi))(多項(xiàng)選擇)能源可區(qū)分為一次能源和二次能源.自然界以現(xiàn)成形式供應(yīng)的能源稱(chēng)為一次能源；需要依靠其余能源間接制取的能源稱(chēng)為二次能源.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( )A.電能是二次能源B.水力是二次能源C.天然氣是一次能源D.焦?fàn)t氣是一次能源答案AC分析

電能是二次能源，

A正確.天然氣和水力都是自然界中現(xiàn)成的能源，是一次能源，

B錯(cuò)誤，C

正確；焦?fàn)t氣是焦?fàn)t廠運(yùn)作生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的衍生物質(zhì)，故不是一次能源，

D錯(cuò)誤.2.(能源的利用及環(huán)境問(wèn)題

)下述做法能改進(jìn)空氣質(zhì)量的是

(

)以煤等燃料作為主要生活燃料利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和氫能等能源代替化石能源C.鼓舞個(gè)人購(gòu)買(mǎi)和使用汽車(chē)取代公交車(chē)D.限制使用電動(dòng)車(chē)答案B分析以煤等燃料作為主要生活燃料時(shí)會(huì)產(chǎn)生大批空氣污染物；個(gè)人汽車(chē)取代公交車(chē)會(huì)使汽車(chē)對(duì)汽油的耗費(fèi)量增添，帶來(lái)的空氣污染物增加；限制使用電動(dòng)車(chē)不可以改進(jìn)空氣質(zhì)量，故B選項(xiàng)正確.3.(能量守恒與能源)(多項(xiàng)選擇)關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和利用，以下看法正確的選項(xiàng)是( )能源是有限的，無(wú)克制的利用能源，是一種盲目的短期行為依據(jù)能量轉(zhuǎn)變與守恒定律，能源是取之不盡、用之不停的C.能源的開(kāi)發(fā)和利用，一定同時(shí)增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)D.不停開(kāi)發(fā)新能源，是緩解能源危機(jī)、增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的主要門(mén)路答案ACD分析化石能源的資源是有限的，所以要開(kāi)發(fā)和利用新能源，同時(shí)增強(qiáng)環(huán)境保護(hù).4.(能源的開(kāi)發(fā))風(fēng)能是一種環(huán)保型能源，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)吹過(guò)風(fēng)輪機(jī)葉片，使發(fā)電機(jī)工作，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽O(shè)空氣的密度為ρ，水平風(fēng)速為v，風(fēng)力發(fā)電機(jī)每個(gè)葉片長(zhǎng)為L(zhǎng)，葉片旋轉(zhuǎn)形成圓面，設(shè)經(jīng)過(guò)該圓面的風(fēng)的動(dòng)能所有轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則發(fā)電機(jī)的電功率為()1212A.2ρπLvB.2ρπLvC.1ρπL2v2D.1ρπL2v322答案D分析葉片旋轉(zhuǎn)所形成的圓面積為：S＝πL2t秒內(nèi)流過(guò)該圓面積的風(fēng)柱體積為：2V＝Svt＝πLvt風(fēng)柱體的質(zhì)量為：m＝ρV＝ρπL2vt風(fēng)柱體的動(dòng)能為：12123tEk＝mv＝ρπLv22E123發(fā)電機(jī)的電功率為：P＝＝ρπLv，應(yīng)選項(xiàng)D正確.課時(shí)作業(yè)一、選擇題(1～6為單項(xiàng)選擇題，7～10為多項(xiàng)選擇題1.風(fēng)能和水能是以下哪一種能的間接形式( )A.核能B.電能C.太陽(yáng)能D.地?zé)崮?/p>

)答案

C2.耗費(fèi)石油和煤炭給環(huán)境帶來(lái)的主要問(wèn)題是

(

)A.運(yùn)輸過(guò)程中的泄漏B.機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的噪音C.燃燒時(shí)耗費(fèi)的氧氣D.燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳答案D分析耗費(fèi)石油和煤炭給環(huán)境帶來(lái)的主要問(wèn)題是燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳，使地球整個(gè)的環(huán)境慢慢發(fā)生變化，

D正確，

A、B、C

錯(cuò)誤.3.20世紀(jì)80年月初，科學(xué)家們發(fā)了然硅太陽(yáng)能電池.假如在太空成立太陽(yáng)能衛(wèi)星電站，可24h發(fā)電，這不但不受日夜天氣的影響，并且太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，利用微波—電能變換裝置，可將電能變換成微波向地面發(fā)送.估計(jì)在21世紀(jì)初地球上空將會(huì)升起衛(wèi)星電站.硅太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)的能量變換方式是

(

)A.光能→微波C.電能→微波

B.光能→熱能D.光能→電能答案

D分析

太陽(yáng)能衛(wèi)星電站中的硅太陽(yáng)能電池，

利用微波—電能變換裝置，可將光能變換成電能，向外供電.4.以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是( )依據(jù)能量守恒定律，能量不會(huì)消逝，所以不會(huì)出現(xiàn)能源危機(jī)相對(duì)人類(lèi)的歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不停的C.節(jié)約能源、開(kāi)發(fā)新能源是解決能源危機(jī)的有效門(mén)路D.風(fēng)能是當(dāng)前能源開(kāi)發(fā)利用中較為理想的潔凈能源答案A分析能量固然不會(huì)消逝，但能量的轉(zhuǎn)變方式有方向性，從而在利用能源時(shí)會(huì)使能源或能量的質(zhì)量愈來(lái)愈低，最后不可以被我們所利用，故A的說(shuō)法不正確.5.以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是( )從甲物體自覺(jué)傳達(dá)熱量給乙物體，說(shuō)明甲物體的內(nèi)能比乙物體多B.只需方法合適，可以制造出“永動(dòng)機(jī)(不用耗能量，但可紛至沓來(lái)地供應(yīng)能量)”C.因?yàn)槟芰渴睾?，所以“能源危機(jī)”是不行能的D.以上說(shuō)法均不正確答案D分析自覺(jué)的熱傳達(dá)的條件是一定存在溫度差，而不是內(nèi)能差，甲物體傳達(dá)熱量給乙物體，說(shuō)明甲物體的溫度比乙物體高，故A錯(cuò)誤；“永動(dòng)機(jī)”不吻合能量守恒定律，故不論用什么方法都不會(huì)制造出，B錯(cuò)誤；關(guān)于“能源危機(jī)”一定理解幾點(diǎn)：(1)能源是供應(yīng)能量的資源，如煤、石油等；(2)人們?cè)诤馁M(fèi)能源時(shí)，放出熱量，有的轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，有的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，但最后基本上都轉(zhuǎn)變?yōu)榱藘?nèi)能，人們沒(méi)法把這些內(nèi)能采集起來(lái)再利用，而可供利用的能源是有限的，不行能再生(或短時(shí)間內(nèi)不行再生).所以，“能源危機(jī)”并不是說(shuō)明能量不守恒，C錯(cuò)誤.選D.6.某中學(xué)“STS”小組對(duì)開(kāi)發(fā)和利用水資源進(jìn)行研究，同學(xué)們以為在放自來(lái)水時(shí)，水的機(jī)械能沒(méi)有獲得利用而白白浪費(fèi).于是他們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下經(jīng)過(guò)研制，在水龍頭處安裝了一只小型水輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)放水時(shí)水的機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?設(shè)小型水輪發(fā)電機(jī)的效率為40%，水塔內(nèi)的水面高于水龍頭10m，且保持不變.當(dāng)水龍頭放出1t水時(shí)，小型水輪發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能為(g取9.8m/s2)(A.4000JC.588000J答案D

)

B.98000JD.39200J分析W1＝mgh＝1000×9.8×10J＝98000J，W2＝ηW1＝40%×98000J＝3.92×104J.7.關(guān)于能源的利用，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是( )因?yàn)槲覈?guó)煤和石油的儲(chǔ)量十分豐富，所以太陽(yáng)能和核能的開(kāi)發(fā)在我國(guó)其實(shí)不十分重要能源的利用過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)移過(guò)程C.此刻人類(lèi)社會(huì)使用的能源主若是煤、石油和天然氣D.煤、石油和天然氣的化學(xué)能歸根究竟來(lái)自太陽(yáng)能答案BCD8.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是( )煤、石油、天然氣等燃料的最先本源可追想到太陽(yáng)能汽油是一種潔凈能源C.水能是可再生能源D.煤、石油等慣例能源是取之不盡、用之不停的答案AC9.能源欠缺和環(huán)境惡化指的是( )煤炭和石油的開(kāi)采與技術(shù)相關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開(kāi)采是有限度的，這叫能源欠缺煤炭和石油資源是有限的，以今日的開(kāi)采和耗費(fèi)速度，石油積蓄將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不行能永續(xù)，這叫能源欠缺C.煤炭和石油擁有大批的氣味，在開(kāi)采、存放和使用過(guò)程中這些氣味匯聚在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化D.大批煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣的成分使環(huán)境惡化答案BD分析慣例能源是有限的，用盡后不行能永續(xù)，這是能源欠缺；環(huán)境惡化是指慣例能源燃燒后排出的氣體污染空氣，使生態(tài)均衡被破壞等災(zāi)禍現(xiàn)象，應(yīng)選B、D.10.以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是( )核能是一種慣例能源煤、石油、天然氣叫做慣例能源C.大批耗費(fèi)慣例能源產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”D.燃燒煤炭時(shí)生成的二氧化硫使雨水酸度高升，形成酸雨