物理人教版選修3-3學(xué)案第十章6能源和可持續(xù)發(fā)展

6能源和可持續(xù)發(fā)展1．能量耗散和品質(zhì)降低(1)能量耗散集中度較高且有序度較高的能量如機械能、電能、化學(xué)能等，當(dāng)它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散且無序度更大的能量，內(nèi)能作為能量發(fā)展的最終形式，沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫做能量耗散。(2)品質(zhì)降低：能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式叫品質(zhì)降低。能量在利用過程中，總是由高品質(zhì)的能量最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。說明：①能量耗散雖然不會使能的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，它實際上將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。又如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(zhuǎn)變成了內(nèi)能，這些內(nèi)能最終流散到周圍的環(huán)境中，我們沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用，可見，內(nèi)能與機械能相比，是一種低品質(zhì)的能量。②能量雖然不會減少但能源會越來越少，所以要節(jié)約能源?！纠?】熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象。所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散說明能量不守恒B．能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C．能量耗散過程中能量仍守恒D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性解析：能量耗散過程能量仍守恒，但可利用的能源越來越少，這說明自然界中的宏觀過程具有方向性，恰恰說明符合熱力學(xué)第二定律。答案：CD2．能源與人類社會(1)能源的定義：能源是指能夠提供可利用能量的物質(zhì)，它是現(xiàn)代社會生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。(2)常規(guī)能源：指已被廣泛應(yīng)用的能源，如煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能等。(3)能源的供需現(xiàn)狀：石油將在幾十年內(nèi)采完，煤也將在二百多年內(nèi)采完，故需加強新能源的開發(fā)和利用，如水能、風(fēng)能等。(4)能源的分類：①不可再生能源：如前面提到的煤、石油、天然氣等常規(guī)能源；②可再生能源：如風(fēng)能、水能等。(5)新能源的開發(fā)：開發(fā)的新能源主要有下列幾種：太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等。①太陽能：是取之不盡、用之不竭的。同時太陽能是一種清潔能源，不會污染環(huán)境。②生物質(zhì)能：生物質(zhì)能指綠色植物通過光合作用儲存在生物體內(nèi)的太陽能，儲存形式是生物分子的化學(xué)能。③風(fēng)能：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，成為“風(fēng)車田”。我國的新疆、內(nèi)蒙古等地已經(jīng)開始大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電。④水能：水是可再生的。水電對環(huán)境的影響小，發(fā)電成本低。談重點：人類的生活離不開能源如果沒有能源，人就得吃生米、生菜、生肉，這對原始人來說，可以，對現(xiàn)代人來說，那不可想象。要把飯菜燒熟，就需要能源。照明需要能源，坐汽車、火車、輪船、飛機也需要能源，煉鋼煉鐵、開動機器都得有能源。人類能源的總來源是太陽。這就是說，不僅風(fēng)能、水力能、海浪能、生物能、太陽能等自然能源來自太陽，就是礦物燃料煤、石油、天然氣也來自太陽。以上這些屬于一次能源，由一次能源生產(chǎn)的電力屬于二次能源。由于分類標(biāo)準(zhǔn)不同，同一種能源既可能作為常規(guī)能源，又可能屬于可再生能源?！纠?】以下說法正確的是()A．煤、石油、天然氣等燃料的最初來源可追溯到太陽能B．汽油是一種清潔能源C．水能是可再生能源D．煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡、用之不竭的解析：煤、石油、天然氣等是動植物轉(zhuǎn)化成的，其來源可追溯到太陽能，A對；汽油燃燒會引起一些化合物的產(chǎn)生，導(dǎo)致有毒氣體的生成，B錯；水能是可再生能源，C對；煤、石油等存儲量是有限的，是不可再生能源，D錯。答案：AC3．能源與環(huán)境(1)常規(guī)能源對環(huán)境污染嚴(yán)重。(2)新能源：指目前尚未被人類大規(guī)模利用而有待進(jìn)一步研究、開發(fā)和利用的能源，如核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能等。談重點：環(huán)境污染的種類大氣污染、水污染、噪聲污染，具體有溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)污染。①溫室效應(yīng)：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量增高，導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，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。②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(jìn)入地表、江河，破壞土壤，影響農(nóng)作物生長，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡。同時腐蝕建筑結(jié)構(gòu)、工業(yè)裝備、動力和通訊設(shè)備等，還直接危害人類健康。③臭氧層的破壞：臭氧層的存在對吸收紫外線方面起著舉足輕重的作用，一旦臭氧層遭到破壞，對生物有害的紫外線會毫無遮攔地照射到地面上，會提高皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率，也會影響我們的免疫系統(tǒng)。同時對不同生態(tài)系統(tǒng)中生物的生長、發(fā)育、繁殖、分布和生物地球化學(xué)循環(huán)都會造成一系列危害?！纠?】二氧化碳對長波輻射有強烈的吸收作用，行星表面發(fā)出的長波輻射到大氣以后被二氧化碳截獲，最后使大氣升溫，大氣中的二氧化碳像暖房的玻璃一樣，只準(zhǔn)太陽的熱輻射進(jìn)來，卻不讓室內(nèi)的長波熱輻射出去，大氣中的二氧化碳的這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)。這是目前科學(xué)界對地球氣候變暖進(jìn)行分析的一種觀點，根據(jù)這種觀點，以下說法成立的是()A．在地球形成的早期，火山活動頻繁，排出大量的二氧化碳，當(dāng)時地球的氣溫很高B．經(jīng)過漫長的年代，地殼的巖石和氣體二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致二氧化碳減少，地球上出現(xiàn)了生命C．由于工業(yè)的發(fā)展和人類的活動，導(dǎo)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．現(xiàn)在地球正在變暖的主要原因是工業(yè)用電和生活用電的急劇增加，使電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析：地球形成的早期，地殼不如現(xiàn)在牢固，地球不如現(xiàn)在穩(wěn)定，火山活動頻繁，符合地質(zhì)的發(fā)展規(guī)律。由于火山的噴發(fā)，排出大量的二氧化碳，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)時地球的氣溫很高。地球上的巖石由于多種原因，其中包括巖石中的礦物質(zhì)成分與水、氧氣、二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使巖石進(jìn)一步分化，最后形成土壤，二氧化碳減少，形成了適合生物生存的條件。由于工業(yè)的發(fā)展和人類的活動，大量地使用常規(guī)能源，導(dǎo)致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在升高。生活用電和工業(yè)用電是電能和其他形式的能的轉(zhuǎn)變，會產(chǎn)生熱，但它們并不是地球正在變暖的主要原因，因此A、B、C項是正確的。答案：ABC點評：明確二氧化碳對長波輻射有強烈的吸收作用，使星球表面發(fā)出的長波輻射到大氣層后被二氧化碳吸收產(chǎn)生溫室效應(yīng)，最后使大氣溫度升高這一特性是解題的關(guān)鍵。4．能量守恒定律解題思路與方法能量守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，這需要做功來實現(xiàn)，而能的轉(zhuǎn)移是通過某種形式的能傳遞來完成。無論是能的轉(zhuǎn)移還是轉(zhuǎn)化，其能的總量保持不變。運用能量守恒定律解題關(guān)鍵是弄明白哪些能量參與轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，在其過程中遵循怎樣的規(guī)律轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，然后根據(jù)能量守恒定律列等式求解。太陽能的特點：①數(shù)量巨大：×1026瓦?！?010噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是目前全世界所消耗的各種能量總和的1×104倍。②時間長久：根據(jù)天文學(xué)的研究結(jié)果，可知太陽系已存在大約5×109年左右，估計尚可繼續(xù)維持大約1010年之久。③清潔安全：太陽能素有“干凈能源”和“安全能源”之稱，它不僅毫無污染，也毫無危險。水利發(fā)電的能流圖：風(fēng)能發(fā)電原理圖：風(fēng)力發(fā)電的原理：利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三千米的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度)，便可以開始發(fā)電。【例4－1】瀑布從20m高處以103m3/s的流量豎直落下，流進(jìn)底部的水輪機后再以2m/s的速度流出，水輪機再帶動發(fā)電機發(fā)電。如果水的機械能轉(zhuǎn)化為電能的效率是80%，那么發(fā)電機發(fā)出的電功率有多大？(解析：設(shè)t時間內(nèi)流下的水的質(zhì)量為m，以m為研究對象，豎直下落后減少的機械能為mgh－eq\f(1,2)mv2轉(zhuǎn)化為電能的功率為P＝eq\f(E,t)＝eq\f(mgh－\f(1,2)mv2×,t)＝eq\f(m,t)(gh－eq\f(v2,2))×＝103×103×(10×20－eq\f(1,2)×22)×W≈×108×105kW。答案：×105kW【例4－2】說明下列能源利用方式中的能量轉(zhuǎn)化過程：(1)水力發(fā)電：_____________________________________________________________；(2)電動水泵抽水：_________________________________________________________；(3)柴油機牽引列車前進(jìn)：____________________________________________________；(4)火箭發(fā)射人造衛(wèi)星：______________________________________________________。解析：水力發(fā)電是將水的機械能轉(zhuǎn)化為電能。電動水泵抽水是將電能轉(zhuǎn)化為水的機械能。柴油機牽引列車前進(jìn)是將柴油的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為列車的機械能?；鸺l(fā)射人造衛(wèi)星是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星的機械能。答案：見解析點評：自然界中的能量可以相互轉(zhuǎn)化，且轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的?！纠?－3】某