高中物理第三章热力学基础第五节能源与可持续发展第六节研究性学习能源的开发利用教学案粤教.docx

高中物理第三章热力学基础第五节能源与可持续发展第六节研究性学习能源的开发利用教学案粤教.docx

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高中物理第三章热力学基础第五节能源与可持续发展第六节研究性学习能源的开发利用教学案粤教

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【2019-2020】高中物理第三章热力学基础第五节能源与可持续发展第六节研究性学习能源的开发利用教学案粤教版选修3_3

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第六节　研究性学习——能源的开发利用与环境保护

[目标定位]1.了解能源与环境.2.知道能源开发和利用带来的问题及应该采取的对策.3.培养可持续发展的责任感和节约能源的意识．

一、能源与环境、温室效应和酸雨

[导学探究]　你知道产生温室效应和酸雨的主要污染物是什么吗？

答案　产生温室效应的污染物是二氧化碳，形成酸雨的主要污染物是二氧化硫和氮氧化合物．

[知识梳理]

1．温室效应

（1）成因：

温室效应是由于大气里温室气体含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳．

（2）危害：

温室效应会导致全球变暖、海平面上升、气候变化、疾病增多等．

（3）改善措施：

调整能源结构，控制二氧化碳的过量排放．具体措施：

一是提高能源利用率；二是开发新能源．

（4）新能源

①清洁能源：

如：

核能、水能、太阳能、风能、地热能、沼气等．

②新能源特点：

污染少，可再生或资源丰富．

2．酸雨

（1）定义：

pH值小于5.6的降水．

（2）成因：

大气中酸性污染物质，如二氧化硫、氮氧化合物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨．

（3）危害：

酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化、贫瘠，腐蚀建筑物和艺术品等．

（4）防治：

①健全法规，强化管理，控制排放．②发展清洁煤技术，减少燃烧过程SO2的排放．③通过改造发动机，安装汽车尾气净化器，用无铅汽油代替含铅汽油等手段，控制汽车尾气排放．

二、能量降退与节约能源

[导学探究]　流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？

答案　内能

[知识梳理]

1．能量降退

（1）能量降退：

能量可利用程度降低的现象．

（2）能量降退从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．

（3）能量降退虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低（填“降低”或“提高”），它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大有用的形式．

2．节约能源

能量虽然不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源．

三、能源的开发利用与环境保护

1．新能源的开发

（1）太阳能：

有直接加热物体的太阳能热水器、太阳灶，有利用半导体材料把太阳能转化为电能的太阳能电池等，主要问题是只有白天工作，还要受天气影响，会妨碍大规模使用太阳能，要研究储存太阳能的方法．

（2）水能：

水能有巨大的开发潜力，可以开发梯级电站．

（3）核能：

是一个巨大的能源，通过原子反应堆进行核发电，主要应注意核泄漏、控制核污染．

（4）风能：

为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”．我国的新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电．

2．做好环境保护工作

目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：

城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等污染问题，要变废为宝.

一、能源与环境

例1　（多选）关于温室效应，下列说法中正确的是（　　）

A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了温室效应

B．石油和煤炭燃烧时增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了温室效应

C．温室效应使得地面气温上升、两极冰雪融化

D．温室效应使得土壤酸化

答案　BC

解析　温室效应的产生是由于石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿××市、海水和河流倒灌等，故选项B、C正确．

例2　人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境．试完成以下三个题目：

（1）下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题（　　）

A．酸雨

B．臭氧层的破坏

C．人口的急剧增长

D．温室效应

（2）酸雨的形成主要是由于（　　）

A．大气中CO2含量的增加

B．大气中SO2含量的增加

C．乱砍滥伐森林，破坏生态环境

D．大气中氟利昂含量增加

（3）大气臭氧层（　　）

A．能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低

B．能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害

C．是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护

D．吸收大量的太阳紫外线，减小到达地面的紫外线辐射

答案　

（1）C　

（2）B　（3）D

解析　

（1）当今世界的三大环境问题是：

酸雨的危害，臭氧层的破坏导致大气层的保护作用减弱，温室效应使地球温度普遍变暖，因此正确的选项是C.

（2）酸雨形成的基本原因主要与煤炭和石油燃烧以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫和氮氧化合物污染物有关，二氧化硫和氮氧化合物污染物在大气中通过化学反应分别转化为硫酸和硝酸，混入雨水或者雪水中，使其酸度增加，同时酸雨的形成还与大气中其他的碱性物质有关，如空气中的氧化钙、土壤中的硫酸钙以及其他碱性物质可与酸发生中和反应，因此正确的选项为B.

（3）大量的紫外线的照射可以对人和牲畜造成伤害，而大气臭氧层主要是吸收大量的紫外线，减小到达地面的紫外线辐射从而对地球上的生物起到保护作用，因此正确的选项为D.

二、能量降退与节约能源

例3　（多选）下列对能量降退理解正确的是（　　）

A．能量降退说明能量在不断减少

B．能量降退遵守能量守恒定律

C．能量降退说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失

D．能量降退从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性

答案　BD

解析　在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境中的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量降退．能量降退并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对．

三、能源的开发利用与环境保护

例4　下列供热方式最有利于环境保护的是（　　）

A．用煤做燃料供热

B．用石油做燃料供热

C．用天然气或煤气做燃料供热

D．用太阳灶供热

答案　D

解析　煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能．但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质，污染了大气．而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D.

能源与可持续发展

能源的开发利用与环境保护

1．（能源与环境）酸雨对植物的正常生长影响很大，为了减少酸雨的影响，应采取的措施是（　　）

①少用煤作燃料　②燃料脱硫　③在已经酸化的土壤中加石灰　④多种植美人蕉、银杏等植物　⑤开发新能源

A．①②④⑤B．①②⑤

C．①②③④⑤D．①②③⑤

答案　A

解析　酸雨主要是由煤、石油等燃料燃烧所释放的SO2和氮氧化物在降水过程中溶入雨水中形成的．因而为减少酸雨的影响，少用煤作燃料和燃料脱硫是有效的方法．开发新能源也是减少煤使用量的方法，另外美人蕉和银杏对SO2有较强的吸收能力，所以①、②、④、⑤正确，应选A.

2．（能源与环境）下列说法中不正确的是（　　）

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　A

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．

3．（能源降退与节约能源）关于能源的开发和利用，下列观点不正确的（　　）

A．能源是有限的，无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为

B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的

C．在对能源进行开发和利用的同时，必须加强对环境的保护

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　B

解析　能量是守恒的，但由于能量降退，使得能利用的能源越来越少．

4．（能源的开发利用与环境保护）为了倡导“代碳生活”，我们应当大力开发和利用下列能源中的（　　）

A．石油B．太阳能C．天然气D．煤炭

答案　B

解析　要减小碳排放，就必需利用非化石能源，即能源中不能含有C元素，而石油、天然气和煤炭都含有C元素，故应大力开发和利用太阳能，故B正确．

题组一　能源与环境

1．下列叙述中不正确的是（　　）

A．一般将pH小于5.6的降水称为酸雨

B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏

C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因

D．“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一

答案　B

2．CO2气体几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加能使地表温度因受太阳辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样，因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加会导致气温的逐步上升，使全球气候变暖．请回答：

（1）大气中CO2增多产生的效应称为（　　）

A．光热效应B．光电效应

C．光气效应D．温室效应

（2）导致大气中CO2浓度增加的主要原因是（　　）

A．大量植物和生物物种灭绝

B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧

C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多

D．自然因素破坏了地球生态环境的平衡

答案　

（1）D　

（2）B

3．下列不属于火力发电厂的污染的是（　　）

A．排放导致温室效应的气体

B．废渣污染水土

C．酸雨

D．破坏大气臭氧层

答案　D

解析　煤中的可燃性硫经在锅炉中高温燃烧，大部分氧化为二氧化硫，其中只有0.5%～5%再氧化为三氧化硫．在大气中二氧化硫氧化成三氧化硫的速度非常缓慢，但在相对湿度较大、颗粒物存在时，可发生催化氧化反应．此外，在太阳光紫外线照射并有氧化氮存在时，可发生光化学反应而生成三氧化硫和硫酸酸雾，这些气体对人体和动、植物均有害．大气中二氧化硫是造成酸雨的主要原因：

粉煤灰渣，是煤燃烧后排出的固体废弃物．其主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁及部分微量元素．粉煤灰既是“废”也是“资源”．如不很好处置而排入江河湖海，则会造成水体污染；煤燃烧产生的二氧化碳是导致温室效应的气体，故属于火力发电厂的污染；破坏大气臭氧层的气体主要是氟利昂，不属于火力发电厂的污染．

题组二　能量降退与节约能源

4．下列关于能量降退的说法中不正确的是（　　）

A．能量降退使能的总量减少，违背了能量守恒定律

B．能量降退是指散失在环境中的内能不容易收集起来被人类利用

C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生的

D．能量降退导致能量品质的降低

答案　A

5．下列现象属于能量降退的有（　　）

A．利用水能发电转化为电能

B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能

C．电池的化学能转化为电能

D．火炉把房子烤暖

答案　D

解析　能量降退是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称为能量降退．本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等．只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新收集并加以利用，但本题没有告诉该光能用来做什么，故不能算能量降退．火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，属于能量降退．

6．能源利用的过程实质上是（　　）

A．能量的消失过程

B．能量的创造过程

C．能量的转化和转移过程

D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程

答案　C

解析　能源利用的过程是做功或热传递的过程，前者是能量的转化，后者是能量的转移．

题组三　能源的开发利用与环境保护

7．（多选）下面关于能源的说法中正确的是（　　）

A．能源是取之不尽，用之不竭的

B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等

C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源

D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大

答案　BC

解析　尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A项错，B项对．常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C项对，D项错．

8．作为新型燃料，从环保角度看，氢气具有的突出特点是（　　）

A．在自然界里存在氢气B．氢气轻，便于携带

C．燃烧氢气污染小D．氢气燃烧发热量高

答案　C

解析　氢气燃烧生成水，所以对环境污染小．

9．关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的（　　）

A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为

B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现

C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响

D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径

答案　B

解析　虽然能量守恒，但能量的耗散导致能量的品质降低及不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错．