学年高中物理第6章能源与可持续发展第1节能源环境与人类生存第2节能源的开发与环境保护教师用书.docx

1、学年高中物理第6章能源与可持续发展第1节能源环境与人类生存第2节能源的开发与环境保护教师用书第1节能源、环境与人类生存第2节能源的开发与环境保护学 习 目 标知 识 脉 络1.了解能源及其分类2了解能源与人类生活的关系3了解能源现状与社会可持续发展的关系4知道怎样合理利用和开发现有资源.能 源、环 境 与 人 类 生 存1各种能源(1)定义：能源是提供可利用能量的物质资源或自然过程(2)分类：一次能源：人类从自然界中直接获得的能源如煤、石油、天然气、水力、太阳能、核燃料等二次能源：一次能源经过加工转换成的另一种形态的能源如电能、焦炭、煤气、汽油、煤油、蒸汽等(3)来源：地球上的能源绝大部分直接

2、或间接来自太阳2能源与人类、环境与人类生存(1)人类利用能源的历史可分为5个阶段：火的发现和利用畜力、风力、水力等自然动力的应用化石燃料的开发和利用电的发现和开发利用核能的发现和开发利用(2)人类生存环境的基本因素：大气、水土、森林和生物3能源与生活(1)消耗能量的方面：家庭生活和交通工具(2)能量的来源：电能、煤、天然气、木柴、汽油等(3)现状随着科学技术的发展和生活水平的提高，越来越多的电器进入家庭，供暖、制冷、文化生活所消耗的能量在家庭能量消耗中所占的比例逐年增加交通工具消耗的能源主要是汽油和柴油，实际利用率为15%左右运输效率：燃烧1 L汽油时，交通工具运载的人员或货物的吨数与行驶的千

3、米数的乘积1地球上的能源都直接或间接来自太阳()2只有有生命的动植物才具有生物质能()3能源是人类生存和发展的基础()自然界中的能量是守恒的，没有必要节约能源和开发新能源，这种认识是否正确？【提示】虽然自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散会导致能量的品质下降，高品质的能量转化为低品质的能量，世界上的常规能源是有限的，为了人类的可持续发展必须要节约能源，同时要开发新能源探讨1：常见的能源分类方法有哪些？【提示】有以下几种(1)按形成或转换特点分(2)按利用技术分(3)按可否再生分(4)按对环境污染情况分探讨2：太阳能可以划分为哪种能源？【提示】太阳能是一次能源也是新能源和清洁能源各种能源的比较

4、能源分类方法能源分类名称特点 举例按形成或转换特点一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能 按利用技术常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境污染情况清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油)1以下说法正确的是()A煤、石油、天然气等燃料的最初

5、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E煤、石油、天然气是不可再生能源【解析】煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水是可再生能源，选项C对；煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错，E对【答案】ACE2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；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源下列叙述正确的是()A水能是二次能源 B电能是二次能源C天然气是一次能源 D焦炉气是一次能源E焦炭是二次能源【解析】由题

6、意可知水能和天然气是自然界中已经存在的，是一次能源电能是由其他形式的能转化的，焦炉气是炼油厂产生的副产品，焦炭是利用烟煤冶炼制成的，故它们是二次能源，故应选B、C、E.【答案】BCE3下列属于一次能源的是()A太阳能 B焦炭C核能 D汽油E地热能【解析】一次能源是自然形成，未经加工的，因此B、D错误，选A、C、E.【答案】ACE能 源 的 开 发 与 环 境 保 护1常规能源：煤、石油、天然气2电能的生产电能主要来源于火力发电厂和水力发电站，目前火力发电厂的发电效率大约为40%3能源的开发与环境保护(1)造成的环境问题煤：煤的开采造成地面环境的破坏；煤是常规能源中污染最严重的燃料石油：开采、运

7、输过程中的泄漏，各种烃类化合物对环境造成污染(2)常规能源利用过程中的污染工厂排放的烟尘工厂生产中产生的不能降解的物质噪声污染(3)措施对煤进行净化对煤进行气化和液化汽车安装电控喷嘴和新一代催化转化装置4可再生能源的开发(1)水能水力发电建设水电站会淹没大量土地，改变生态环境，对生态系统造成不同程度的破坏(2)太阳能应用方式：光电转换，直接将太阳能转化为电能，如太阳能电池；光热转换，主要有太阳能集热器和太阳能热水器面临问题：太阳能的利用受昼夜、天气的影响较大，并且不容易储存(3)风能风的动能可以间接转变为电能或其他形式的能，风力发电的困难在于发电机的结构设计，受地域的限制1能量是守恒的，既不会

8、增加，也不会减少()2常规能源的利用会引起环境问题，所以我们不应利用常规能源()3用太阳能灶供热有利于环境保护()如图611是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么图611【提示】由图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染探讨1：目前具有良好开发前景的新能源是什么？它是一次能源还是二次能源？【提示】太阳能一次能源探讨2：利用太阳能的最好途径是什么？【提示】利用太阳能电池将太阳能直接转换成电能1新能源的开发(1)太阳能是取之不尽，用之不竭的，同时太阳能是一种清洁能源，不会污染环境(2)

9、水能：水能有巨大的开发潜力，可以开发梯级电站(3)生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体的太阳能，储存形式是生物分子的化学能(4)核能：是一个巨大的能源，通过原子反应堆进行核发电，主要应注意防止核泄漏、控制核污染(5)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当前我国的几大能源工程(1)“西气东输”(2)“南水北调”(3)“西电东送”(4)“热电联产”3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

10、合治理问题，解决废物、废水、废气等污染问题，要变废为宝4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污染比燃烧石油、煤炭大E用太阳能供热有利于环境的保护【解析】常规能源的储量有限，且不可再生，故A错误，B正确；常规能源特别是煤和石油对环境的污染很大，应努力开发新能源；核能属新能源且污染小，故C、E正确，D错误【答案】BCE5能源问题是当前的热门话题，传统的能源煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完毕，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源

11、是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例图612表示的是利用潮汐发电的简单示意图，左方为陆地和海湾，中间为大坝，其下有通道，水经通道可带动发电机涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同，堵住通道如图612甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图612乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图611丙所示设海湾面积为5.0107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内水流的平均功率为_MW.(g取10 m/s2) 【导学号：30110067】图612【解析】每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力mgShg1.01035.0107310 N1.5101

12、2 N.其重心高度变化为h1.5 m.每次落潮海水重力势能的减少量Epmgh1.510121.5 J2.251012 J.一天内水流做功的功率PW1.0108 W100 MW.【答案】100解决能源危机的措施(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行学业分层测评(十三)(建议用时：45分钟)学业达标1下列说法中正确的是 ()A水能和风能是“可再生能源”B太阳能是一种清洁能源C沼气是一种新能源D核能对环境的污染比常规能源对环境的污染更大E水力发电站的电能最终来自于水的机械能【解析】水能和风能是“可再生能源”，A正确太阳能是清洁能

13、源，B正确沼气是人们开发的新能源，C正确核能对环境的污染比常规能源较小，D错误水力发电的能量来源于太阳能，E错【答案】ABC2“能源分类相关图”如图613所示，下列四组选项中，全部符合图中阴影部分的能源是 ()图613A煤炭B太阳能C风能 D潮汐能E核能【解析】同时具备太阳能、新能源及可再生能源三个条件的有B、C、D三个选项【答案】BCD3关于自行车、电动自行车、普通汽车、高铁动车组、大型轮船消耗能源的类型，下列正确的对应关系是()A自行车生物能B电动自行车电能C普通汽车化学能D高铁动车组化学能E大型轮船风能【解析】高铁动车组消耗的是电能，大型轮船消耗的是化学能，故A、B、C正确【答案】ABC

14、4关于“温室效应”，下列说法正确的是()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石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，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E“温室效应”使土地干旱，沙漠化面积增大【解析】“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳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、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化沙漠化面积增大等，故B、C、E选项正确【答案】BCE5氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作燃料的燃料电池汽车备受青睐

15、我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池汽车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进氢能具有的优点包括()A原料来源广 B储存方便C制备工气廉价 D易燃烧E热值高【解析】氢易燃烧、热值高，原料来源广，但储存难、制备成本高，故A、D、E正确【答案】ADE6太阳能是清洁的新能源，为了环保，我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源划分下列能源的类别，把编号填入相应的表格石油地热能核能天然气风能潮汐能类别编号新能源常规能源【解析】常规能源是指技术较为成熟且被大规模利用的能源，主要包括煤、石油、天然气等；新能源是指尚未被大规模利用或利用历史短的能源，如地热能、核能、风能、潮汐能等

16、注意：“风能”作为新能源的利用方式是风力发电【答案】7有下列各种能源：A.天然气B水能C石油D核能E地热能F电能G太阳能H潮汐能其中属于不可再生能源的有_；属于二次能源的有_；属于化石能源的有_【解析】根据能源的产生和利用情况进行分类，不可再生能源有A、C、D；二次能源是一次能源加工转换成的另一种形态的能源，有F；化石能源有A、C.【答案】A、C、DFA、C8为了开发新能源，某同学设想了一个利用氢能的方案，图614是它的示意图请你判断这一方案的可行性，并说明理由图614判断：_(填“可行”或“不可行”)理由：_.【解析】不可行；违反了能量守恒定律；此流程每个环节皆消耗能量，因此不可能实现；这种

17、流程类似永动机，是不可能的【答案】见解析能力提升9“中国馆”世博中心和主题馆等主要场馆，太阳能的利用规模达到了历届世博会之最总发电装机容量达到4.6103 kW.设太阳能电池板的发电效率为18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为1.353 kW，那么所使用的太阳能电池板的总面积为_m2. 【导学号：30110068】图615【解析】设P4.6103 kW，发电效率18%，地球表面每平方米接收到太阳能的功率P01.353 kW，则由能量转化与守恒得：PP0S代入数据，解得S1.9104 m2.【答案】1.910410水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源

18、若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为，则该电站全年的发电量(kWh)约是多少？(g取10 m/s2，水的密度1103 kg/m3)【解析】每秒钟水能转化为电能的量为EQgh，也就是发电功率，所以一年内的发电量E365243 600106Qgh(kWh)8.8104Qh(kWh)【答案】8.8104Qh(kWh)11如图616所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为0.4106 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时

19、问：图616(1)太阳能节能灯的能量转化情况；(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？【解析】(1)能量转化：太阳能电能光能(热能)(2)电池板单位面积上接收功率：PW370.4 W.(3)节能灯效率：100%10%.【答案】(1)见解析(2)370.4 W(3)10%12风力发电作为一种无污染、低成本的电力产业，发展前景广阔，我国风力资源丰富，到2 000年底，我国风力发电机的总装机容量已达264万千瓦风力发电的原理是利用风推动叶轮转动，将风的动能转化为叶轮的动能，再将叶轮的动能转化为电能图617(1)设空气的密度为，每个叶轮的长度为

20、L，正对叶轮的水平风速为v，整个发电机的效率为，那么每台发电机发出的电功率P为多大？(2)我国研制的WD646型风力发电机，每个叶轮L22 m，当风速达到15 m/s时，其输出电功率可达600 kW.求该风力发电机将风的动能转化为电能的总效率.(空气的密度为1.29 kg/m3)【解析】(1)mSvtL2vtEkmv2L2v3tPL2v3.(2)由PL2v3得100%100%18%.【答案】(1)L2v3(2)18%13太阳每年辐射到地球上的能量可达1018 kWh.(已知地球到太阳的距离r1.51011 m，地球的半径为R6.4106 m)(1)试估算太阳每年释放的能量；(2)如果太阳辐射到地球上的能量全部用来推动热机发电，能否每年发出1018度电？【解析】太阳的能量向四面八方辐射，地球仅仅是“四面八方”中的一个“小单元”，因此太阳辐射的能量只有一小部分到达地球(1)地球到太阳的距离为r1.51011 m，地球的半径为R6.4106 m，所以地球的接收面积为SR2.以太阳为球心，以日地距离为半径画一球面，其面积为S4r2，太阳辐射的能量全部通过该球面由比例关系，得Q太2.21027 kWh.(2)由热力学第二定律知，热机的效率无法达到100%，因此每年发出的电小于1018度【答案】(1)2.21027 kWh(2)不能