第八節能源的利用與開發[學習目標]1.認識能源及其分類.2.認識能源危機與環境污染，建立節約能源與保護環境的意識.3.認識新能源的開發，認識開發新能源和可連續發展的關系.一、能源及其分類1.能源指在必定條件下可以供應可利用能量的物質資源，它是人類社會活動的物質基礎.2.分類(1)依據基本形態分類能源平時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，未經人類加工變換的能源，如煤、石油、天然氣、水能、風能、太陽能、生物能、海洋能、地熱能等.②二次能源是指從一次能源直接或間接轉變而來的能源，如電能、氫能、焦炭等.一次能源和二次能源的看法實質上反響了人類對能源的兩種利用方式.從一次能源到二次能源是人類對能源利用方式的飛馳.一次能源經過加工后，實現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)按本源分類可將能源分為可再生能源和不行再生能源.①水能、風能、太陽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)按當前應用廣泛程度分類可分為慣例能源和新能源.①當前廣泛使用的煤、石油、天然氣屬于慣例能源.②核能、地熱能、海洋能、太陽能等屬于新能源.(4)按對環境的污染程度分類可分為潔凈能源和非潔凈能源.①潔凈能源(也稱“綠色環保”能源)：太陽能、風能等.②非潔凈能源：煤、石油、天然氣等.二、能源危機與環境污染1.能源危機化石能源的不停枯竭而造成的能源供應欠缺.(1)慣例能源儲量有限，開發不合理，浪費嚴重；按此刻的耗費速度，石油只好供開采約40年，煤只好供開采約200年，天然氣也只好供開采約60年.(2)人類社會發展對能源的需求日趨增添.(3)新能源的開發和利用需要解決一系列技術問題.2.環境污染石油、煤炭和天然氣的使用以致了巨大的環境污染，污染了大氣，給人類的生計環境帶來了以下諸多問題：酸雨、溫室效應、臭氧層的破壞、土壤酸性化、生態均衡的破壞.3.我國面對的環境和能源問題十分嚴重.三、能源的開發1.節約能源，開發可代替煤、石油、天然氣等慣例能源的新能源，研究潔凈能源是緩解當前能源危機及保持和改進人類生計環境的有效措施.2.人類將來大力開發的新能源有：核能、風能、太陽能、水能、地熱能、生物質能、海洋能、氫能等.[即學即用]1.判斷以下說法的正誤.(1)能量被使用后就消逝了，所以要節約能源.(×)(2)自然界中石油、煤炭等能源可供人類長遠使用.(×)(3)人類應多開發與利用風能、太陽能等新式能源.(√)(4)人類不停地開發和利用新的能源，所以能量可以被創建.(×)大批煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環境惡化.(√)2.假如每人每年節約用電1千瓦時，那么，全國13億人口節約用電1年相當于________t標準煤燃燒開釋的能量.(標準煤熱值為2.93×107J/kg)答案1.60×105分析由題可知，共節約的電能為E＝1.3×109×3.6×106J＝4.68×1015J，則E＝mQ，15E4.68×10≈1.60×108kg＝1.60×105t.能源開發與可連續發展[導學研究]請聯合圖1中煤炭、石油的開采畫面以及廢氣污染的情形，思慮以下問題：圖1(1)自然界中能量是守恒的，不用擔憂煤炭、石油等能源的耗費，這類看法正確嗎？(2)能源的開發與利用應當注意哪些問題？答案(1)錯誤(2)見知識深入[知識深入]1.能源的開發與利用：(1)能源的分類.①從人類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：太陽能、沼氣、地熱能、核能等.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：用完后在短期內不行能從自然界獲得增補的能源，如煤、石油、天然氣等.可再生能源：取之不盡、用之不停的能源，如風能、太陽能、水能等.③從對環境的污染狀況可分為潔凈能源和非潔凈能源.潔凈能源：不污染環境的能源，如太陽能、風能、水能等.非潔凈能源：對人類環境造成污染的能源，如石油、煤等.(2)慣例能源與新能源的轉變門路：2.環境問題：(1)溫室效應：因為大氣中溫室氣體(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而產生的廢氣.(2)酸雨：大氣中的酸性物質，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨過程中溶入雨水，使其成為酸雨.(3)光化學煙霧：氮氧化物和碳氫化合物在大氣中遇到陽光中激烈的紫外線照耀后產生的二次污染物質.(4)浮塵：慣例能源燃燒時會產生大批的浮塵.3.人類與能源的關系：(1)有益方面：能源的利用給人類的生活帶來了極大的改進，人類社會每一次重要的經濟飛馳和生產革命，都與新的能源和動力機械的利用親近相關，能源耗費的多少已經成為一個國家和地區經濟發展水平的重要標記.(2)不利方面：能源的大批使用會給環境帶來極大的破壞，如大氣污染、溫室效應、酸雨等，對人類造成很大的危害.(3)可連續發展的三個發展方向.①對慣例能源合理有效地利用，保留環境與生態均衡.②開發新式潔凈的能源和可再生能源.③踴躍研發節能的新技術，提升能源利用效率.例1二氧化碳對長波輻射有激烈的汲取作用，地球表面發出的長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，只準太陽的熱輻射進來，不讓室內的長波輻射出去，大氣中的二氧化碳的這類效應叫溫室效應.這是當前科學界對地球天氣變暖進行分析的一種看法，依據這類看法，以下說法不可以成立的是( )在地球形成的初期，火山活動屢次，排出大批二氧化碳，當時地球的溫度很高經過漫長的時間，地殼的巖石和二氧化碳發生了化學反響，以致二氧化碳減少，地球上出現了生命C.因為工業的發展和人類的活動，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用電和生活用電的急劇增添，使電能和其余形式的能轉化為內能答案D分析地球形成的初期，地殼不如此刻堅固，地球不如此刻穩固，火山活動屢次，吻合地質的發展規律.因為火山的噴發，排出大批的二氧化碳，從而以致當時的地球氣溫高升，選項A成立；因為多種原由，此中包含巖石中的礦物成分與水、氧氣、二氧化碳發生化學反響，使地球上的巖石進一步分化，最后形成土壤，二氧化碳減少，形成了合適生命生計的條件，則選項B成立；因為工業的發展和人類的活動，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，應選項C成立；生活用電和工業用電使電能向其余形式的能轉變，會產生熱，但不是溫室效應的主要原由，選項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，流進底部的水輪機后再以2m/s的速度流出，水輪機再帶動發電機發電.假如水的機械能轉變為電能的效率是80%，那么發電機輸出的電功率有多大？(瀑布在山頂的速度可忽視不計，g取10m/s2，結果保留三位有效數字.)答案1.58×105kW分析依據能量的轉變分析可得，瀑布豎直著落后減少的機械能為12mgh－mv，水的機械能2Wmgh－12×0.8v2轉變為電能的功率為P＝t＝t＝Qρgh－2×0.8＝103×103×10×20－1×22×0.8W≈1.58×105kW.2針對訓練最近幾年來我國成立了好多風力發電廠，某地均勻風速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風車，它的風葉轉動時可形成半徑為12m的圓面，假如這個風車能將圓面內10%的氣流動能轉變為電能，則該風車帶動的發電機功率是多大？答案3.4kW分析在t時間內作用于風車的氣流質量m＝πr2ρv·t這些氣流的動能為12mv2，轉變為的電能E＝1mv2×10%2所以風車帶動發電機的功率為P＝Et＝12πr2ρv3×10%代入數據得P≈3.4kW.1.(能源和分類)(多項選擇)能源可區分為一次能源和二次能源.自然界以現成形式供應的能源稱為一次能源；需要依靠其余能源間接制取的能源稱為二次能源.以下說法正確的選項是( )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.焦爐氣是一次能源答案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成的能源，是一次能源，

B錯誤，C

正確；焦爐氣是焦爐廠運作生產時產生的衍生物質，故不是一次能源，

D錯誤.2.(能源的利用及環境問題

)下述做法能改進空氣質量的是

(

)以煤等燃料作為主要生活燃料利用太陽能、風能和氫能等能源代替化石能源C.鼓舞個人購買和使用汽車取代公交車D.限制使用電動車答案B分析以煤等燃料作為主要生活燃料時會產生大批空氣污染物；個人汽車取代公交車會使汽車對汽油的耗費量增添，帶來的空氣污染物增加；限制使用電動車不可以改進空氣質量，故B選項正確.3.(能量守恒與能源)(多項選擇)關于能源的開發和利用，以下看法正確的選項是( )能源是有限的，無克制的利用能源，是一種盲目的短期行為依據能量轉變與守恒定律，能源是取之不盡、用之不停的C.能源的開發和利用，一定同時增強對環境的保護D.不停開發新能源，是緩解能源危機、增強環境保護的主要門路答案ACD分析化石能源的資源是有限的，所以要開發和利用新能源，同時增強環境保護.4.(能源的開發)風能是一種環保型能源，風力發電是風吹過風輪機葉片，使發電機工作，將風的動能轉變為電能，設空氣的密度為ρ，水平風速為v，風力發電機每個葉片長為L，葉片旋轉形成圓面，設經過該圓面的風的動能所有轉變為電能，則發電機的電功率為()1212A.2ρπLvB.2ρπLvC.1ρπL2v2D.1ρπL2v322答案D分析葉片旋轉所形成的圓面積為：S＝πL2t秒內流過該圓面積的風柱體積為：2V＝Svt＝πLvt風柱體的質量為：m＝ρV＝ρπL2vt風柱體的動能為：12123tEk＝mv＝ρπLv22E123發電機的電功率為：P＝＝ρπLv，應選項D正確.課時作業一、選擇題(1～6為單項選擇題，7～10為多項選擇題1.風能和水能是以下哪一種能的間接形式( )A.核能B.電能C.太陽能D.地熱能

)答案

C2.耗費石油和煤炭給環境帶來的主要問題是

(

)A.運輸過程中的泄漏B.機械運動過程中的噪音C.燃燒時耗費的氧氣D.燃燒時產生的二氧化碳答案D分析耗費石油和煤炭給環境帶來的主要問題是燃燒時產生的二氧化碳，使地球整個的環境慢慢發生變化，

D正確，

A、B、C

錯誤.3.20世紀80年月初，科學家們發了然硅太陽能電池.假如在太空成立太陽能衛星電站，可24h發電，這不但不受日夜天氣的影響，并且太陽輻射強度大，利用微波—電能變換裝置，可將電能變換成微波向地面發送.估計在21世紀初地球上空將會升起衛星電站.硅太陽能電池實現的能量變換方式是

(

)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

太陽能衛星電站中的硅太陽能電池，

利用微波—電能變換裝置，可將光能變換成電能，向外供電.4.以下說法不正確的選項是( )依據能量守恒定律，能量不會消逝，所以不會出現能源危機相對人類的歷史來說，太陽能是取之不盡，用之不停的C.節約能源、開發新能源是解決能源危機的有效門路D.風能是當前能源開發利用中較為理想的潔凈能源答案A分析能量固然不會消逝，但能量的轉變方式有方向性，從而在利用能源時會使能源或能量的質量愈來愈低，最后不可以被我們所利用，故A的說法不正確.5.以下說法中正確的選項是( )從甲物體自覺傳達熱量給乙物體，說明甲物體的內能比乙物體多B.只需方法合適，可以制造出“永動機(不用耗能量，但可紛至沓來地供應能量)”C.因為能量守恒，所以“能源危機”是不行能的D.以上說法均不正確答案D分析自覺的熱傳達的條件是一定存在溫度差，而不是內能差，甲物體傳達熱量給乙物體，說明甲物體的溫度比乙物體高，故A錯誤；“永動機”不吻合能量守恒定律，故不論用什么方法都不會制造出，B錯誤；關于“能源危機”一定理解幾點：(1)能源是供應能量的資源，如煤、石油等；(2)人們在耗費能源時，放出熱量，有的轉變為內能，有的轉變為機械能，但最后基本上都轉變為了內能，人們沒法把這些內能采集起來再利用，而可供利用的能源是有限的，不行能再生(或短時間內不行再生).所以，“能源危機”并不是說明能量不守恒，C錯誤.選D.6.某中學“STS”小組對開發和利用水資源進行研究，同學們以為在放自來水時，水的機械能沒有獲得利用而白白浪費.于是他們在老師的指導下經過研制，在水龍頭處安裝了一只小型水輪發電機，當放水時水的機械能可以轉變為電能.設小型水輪發電機的效率為40%，水塔內的水面高于水龍頭10m，且保持不變.當水龍頭放出1t水時，小型水輪發電機所產生的電能為(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.關于能源的利用，以下說法中正確的選項是( )因為我國煤和石油的儲量十分豐富，所以太陽能和核能的開發在我國其實不十分重要能源的利用過程，實質上是能量的轉變和轉移過程C.此刻人類社會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能歸根究竟來自太陽能答案BCD8.以下說法正確的選項是( )煤、石油、天然氣等燃料的最先本源可追想到太陽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.能源欠缺和環境惡化指的是( )煤炭和石油的開采與技術相關，在當前技術條件下，煤炭和石油的開采是有限度的，這叫能源欠缺煤炭和石油資源是有限的，以今日的開采和耗費速度，石油積蓄將在百年內用盡，煤炭資源也不行能永續，這叫能源欠缺C.煤炭和石油擁有大批的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味匯聚在空氣中污染空氣，使環境惡化D.大批煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣的成分使環境惡化答案BD分析慣例能源是有限的，用盡后不行能永續，這是能源欠缺；環境惡化是指慣例能源燃燒后排出的氣體污染空氣，使生態均衡被破壞等災禍現象，應選B、D.10.以下說法中正確的選項是( )核能是一種慣例能源煤、石油、天然氣叫做慣例能源C.大批耗費慣例能源產生了“溫室效應”D.燃燒煤炭時生成的二氧化硫使雨水酸度高升，形成酸雨