新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展學案新人教版必修3

4能源與可持續(xù)發(fā)展課前自主預習1．能量轉移或轉化的方向性(1)能量耗散雖然不會導致能量總量的減少，卻會導致能量品質的降低，從便于利用的能源變成不便于利用的能源．(2)能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有方向性．流動的水帶動水磨做功，由于磨盤之間的摩擦、磨盤和糧食之間的摩擦和擠壓，使磨盤和糧食的溫度升高，水流的一部分機械能轉變成了內能，這些內能最終流散到周圍的空氣中，我們沒有辦法把這些流散的內能重新收集起來加以利用．請思考：內能與機械能相比，哪種能量的品質低？提示：內能．能量的耗散雖然不會使能量減少，卻會導致能量品質的降低，它實際上將能量從便于利用的形式降級為不便于利用的形式．故內能較之機械能是一種低品質的能量．2．能源與環(huán)境(1)能源的種類：①不可再生能源：煤、石油、天然氣等．②可再生能源：潮汐能、生物質能、風能、水能等．(2)環(huán)境問題：化石能源的資源有限，而且使用時對環(huán)境有很大的破壞，造成的環(huán)境污染主要有：溫室效應、酸雨、光化學煙霧、浮塵等．課堂講練互動考點能源的分類【例】據(jù)《中國環(huán)境報》報道：從一份科技攻關課題研究結果顯示，我國酸雨區(qū)已占國土面積的40%以上，研究結果還表明，我國農業(yè)每年因遭受酸雨而造成的經濟損失高達15億元．為了有效控制酸雨，目前國務院已批準《酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案》等法規(guī)．(1)在英國進行的一項研究結果表明：高煙囪可有效地降低地面SO2濃度．在20世紀的60～70年代的10年間，由發(fā)電廠排放的SO2增加了35%，但由于建造高煙囪的原因，地面濃度降低了30%，請你從全球環(huán)境保護的角度，分析這種做法是否可取？說明理由．(2)用傳統(tǒng)的煤、石油作燃料，其主要缺點是什么？與傳統(tǒng)的煤、石油作燃料相比，哪種物質可以作為新能源？主要優(yōu)點是什么，缺點又是什么？【審題指導】溫室效應：化石燃料燃燒放出的大量二氧化碳，使大氣中二氧化碳的含量大大增加，導致“溫室效應”，造成地面溫度上升，兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海地區(qū)等不良影響．酸雨污染：排放到大氣中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水過程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨進入地表、江河，破壞土壤，影響農作物生長，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡．同時，還會腐蝕建筑結構、工業(yè)裝備、動力和通信設備等，還直接危害人類健康．【答案】(1)這種方法并不可取，因為雖然高煙囪可有效地降低地面SO2濃度，但并不能減少排放到大氣中的SO2總量，總污染量并未減少，并且高空中的SO2很容易與雨水結合，形成酸雨危害環(huán)境．(2)傳統(tǒng)的煤、石油作燃料，其主要缺點是燃燒過程中產生污染，危害環(huán)境．氫這種物質可以作為新能源，因為相同質量的氫與煤、石油相比，放出的熱量更多，并且燃燒后只產生水，無污染物形成．缺點是大量的單質氫不容易獲得，成本太高，并且氫的熔點很低，不容易液化，給運輸帶來不安全因素．總結提能過度開采常規(guī)能源已造成能源危機，使用常規(guī)能源也直接污染著地球環(huán)境．(多選)下列關于能量耗散的說法，正確的是(BCD)A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內能再也不能被人類利用C．各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動全額發(fā)生的D．能量耗散導致能量品質的降低解析：能量耗散是能量在轉化的過程中有一部分以內能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質降低，故A錯，D對；耗散的內能無法再被利用，B項對；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉化為內能，但相反過程卻不能夠自動全額進行，C項對；故選B、C、D.課堂達標演練1．關于能源的利用和節(jié)約，下列說法正確的是(D)A．根據(jù)能量守恒定律，能源的利用率應該是100%B．由于能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，總是守恒的，所以節(jié)約能源的意義不大C．節(jié)約能源只要提高節(jié)能意識就行，與科學進步無關D．在能源的利用中，總會有一部分能源未被利用而損失掉解析：能源的使用在任何情況下都不可能達到理想狀態(tài)，做到沒有任何損失．雖然遵從能量守恒定律，但它指的是損失部分和被利用部分總和與原來能源總量相等，A錯誤；根據(jù)能量轉化的方向性可知，能量經轉化后，可利用的能，只可能減少，不可能增加，因此節(jié)能的意義重大；同時，只有節(jié)能意識是不夠的，必須利用科技進步提高能源的利用率，不斷開發(fā)新能源，以滿足人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要，B、C錯誤．2．有經驗的柴油機維修師傅，不用任何儀器，只要將手伸到柴油機排氣管附近，去感受一下尾氣的溫度，就能判斷出這臺柴油機是否節(jié)能，真是“行家伸伸手，就知有沒有”．關于尾氣的溫度跟柴油機是否節(jié)能之間的關系，下列說法中正確的是(B)A．尾氣的溫度越高，柴油機越節(jié)能B．尾氣的溫度越低，柴油機越節(jié)能C．尾氣的溫度高低與柴油機是否節(jié)能無關D．以上說法均不正確解析：氣體的內能不可能完全轉化為柴油機的機械能，柴油在汽缸中燃燒，產生高溫高壓氣體，是一個高溫熱源，而柴油機排氣管排出的尾氣是一個低溫熱源．根據(jù)能量守恒定律，這兩個熱源之間的能量差就是轉換的機械能，燃燒相同的燃料，要想輸出的機械能越多，尾氣的溫度就要越低，即這樣的柴油機就節(jié)能，故選項B是正確的．3．(多選)關于“溫室效應”，下列說法正確的是(BC)A．太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產生了“溫室效應”B．石油和煤炭燃燒時產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產生了“溫室效應”C．“溫室效應”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D．“溫室效應”使得土壤酸化解析：“溫室效應”的產生是由于石油和煤炭燃燒時產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量．它的危害是使地面氣溫上升、兩極冰雪融化、海平面上升、淹沒沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項正確．4．下列供熱方式最有利于環(huán)境保護的是(D)A．用煤供熱 B．用石油供熱C．用天然氣或煤氣供熱 D．用太陽灶供熱解析：煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內能．但由于這些燃料中含有雜質以及燃燒得不充分，使得廢氣中含有的粉塵、一氧化碳、二氧化硫等物質污染了大氣．而太陽能是一種無污染的能源，是不會污染環(huán)境的，應大力推廣，故答案應選D.5．下面是某同學在題為《能源的利用和節(jié)約能源》的研究性學習中收集到的有關太陽能的資料：太陽能是人類最基本的能源，它無污染、無費用，這種能源的使用期和太陽壽命一樣長，當太陽光照射地面時，1m2地面上在1s內平均得到的太陽輻射能約為1.0×103該同學在網上下載了某型號太陽能熱水器的宣傳廣告：(1)若某家庭每天大約需要100kg熱水，用這種熱水器將這些水從25℃加熱到45℃需要多長時間？(2)與效率為80%的電熱水器相比，每天可節(jié)約多少電能？答案：(1)3.9h(2)2.9kW·h解析：考查能量守恒定律及能源的開發(fā)與利用．(1)設T為光照時間，k＝1.0×103J/(s·m2)Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×(45－25)J＝8.4×106J.太陽能熱水器傳給水的熱量