能源与可持续发展(课件)-苏科版九年级物理下册

②能源结构问题
我国目前的能源结构以化石燃料为主，这必然使我们面临着 两个严峻的问题：
一是化石燃料的蕴藏量有 限，社会对能源的大量需求 导致能源枯竭；
二是大量化石燃料的开采 和利用会导致严重的环境污 染和生态破坏.
世界能源消耗
中国能源消耗
二、能量与可持续发展
③能源资源分布不均
主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源 供应不足，必须依靠北煤南运、西气东输、西电东送、 南水北调等工程来缓解这些地区的资源短缺状况。
②可持续发展的当务之急.
依靠科技进步改变能源结构、开发和推广清洁的可再生能源， 提高能源利用效率、减少环境污染已成为我国实现可持续发展的 当务之急.
二、能量与可持续发展
未来的理想能源应该是来 源丰富、可再生、洁净、安全， 获取方便且经济的。
太阳能、风能、地热能、 水能和氢能这五种能源今后将 会优先获得开发和利用。
4. 热机的效率
对于热机来说，转化为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的 能量之比叫作热机的效率。
为了提高热机的效率，人们一直 在努力地减少热机工作过程中各种能 量的损失。由蒸汽机发展为喷气发动 机，能源利用效率从6%提高到50% 以上。可见，能源利用效率的提高离 不开科学技术的进步。
热机的效率
名称
效率
二、能量与可持续发展
2. 我国面临的能源问题
①我国人口众多，能源短缺 据统计，我国煤炭资源的人均可开采量是89.8t，仅约为世界平均水 平的55%；石油资源的人均可开采量是2.6t，仅约为世界平均水平的 11%；天然气资源的人均可开采量是1074m³，仅约为世界平均水平的 5%，如图所示。
二、能量与可持续发展
九年级下册
我们只有一个地球
能源与 可持续发展
江苏科学技术出版社
五、能源与可持续发展
能量转化的效率
能源与可持续发展
1 导入新课
导入新课
回忆机械效率的概念
W总
①物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
②计算公式： 机械效率 η = W有 ×100%
W总
W有
想一想 除了机械效率问题外，干别的事情有没有效率问题？
二、能量与可持续发展
③“温室效应”
目前，煤、石油、天然气等化石燃料的消耗量不断增大，它们 燃烧后释放出大量CO2气体，同时，又由于自然灾害和人为的乱砍 滥伐导致能吸收CO2的森林面积在不断减少，因此大气中CO2的含量 逐渐增大。当大气中的CO2含量升高时，会增强大气对太阳光中红 外线辐射的吸收，阻止地球表面的热量 向外散发，像温室的玻璃罩那样起保 温作用，使地球表面的平均气温上升， 这就是所谓的温室效应，如图所示。
“可持续发展是既满足当代人需要又 不危害后代人满足自身需要的发展。”
二、能量与可持续发展
①可持续的能源生产和消费已成为社会、经济可持续发展的 重要前提之一。
所谓可持续发展，就是既要考虑当前发展的需要，又要考虑未 来发展的需要，不能以牺牲后人的利益为代价来满足当代人的需 求。显然，可持续的能源生产和消费已成为社会、经济可持续发 展的重要前提之一。
四、课外实践与练习
1. 三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为
8.5×1010kW·h。据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗
5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量.这些电能被送往华东、华中等地
区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”.
（1）已知标准煤的热值为2.9×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后
①能源危机
目前，全世界的能源消耗正逐年大幅 度增长，按照现在的能源消耗速度，地 球上的煤、石油和天然气等不可再生能 源在不久的将来将被消耗殆尽。
二、能量与可持续发展
②大气污染
大量化石能源的使用是造成大气污染的罪魁祸首，大气污染 的主要来源——燃煤电厂。
一座1.0×107kW燃煤电厂，每年燃煤约3.5×106t，向大气排放二氧化 碳、二氧化硫、微尘及其他致病的有害物质可达1.09×106t.
④能源利用效率低
我国能源工业的技术和管理水平比较落后，能源利 用率和人均能源的消费量都很低（我国能源终端利用效 率仅为33%，比发达国家低约十个百分点），能源供应 短缺和浪费并存，供需矛盾尖锐。
二、能量与可持续发展
3. 能源与可持续发展
自 20 世纪 60 年代出现森林消失、土地退化、人口增长、全球温室效 应、经济无限增长带来的资源枯竭、贫富不均等问题后，人类认识到环 境问题要与发展的模式相联系，这是可持续发展思想的雏形。1972 年在 斯德哥尔摩召开的人类环境会议上发布的《人类环境宣言》，标志着人 类环境时代的开始。1980 年《世界自然保护大纲》给予了较明确的阐述。 1987 年世界环境与发展委员会提出的《我们共同的未来》，标志着可持 续发展思想的成熟，并定义为：
第5节 能源与可持续发展
2 学习新课
一、能量转化的效率 1. 白炽灯工作时的能量的转化情况
如图所示，白炽灯正常工 作时，电流做功，电能转化为 光能和内能。根据能量守恒定 律，输出的光能与内能之和应 该等于输入的电能，它们之间 的关系如图所示.
电能输入 电能
内能和光能 输出
光能 内能
一、能量转化的效率
技术难度大， 运转费用低
环境污染
烟尘、废渣、 大气污染
大气污染
清洁
潜在核污染
其他效益
化工原料
化工原料
防洪、生态等 综合效益好
核能、氢能、地热能、风能、太阳能、潮汐能、生物能等将成为人
类优先开发和利用的能源。
2. 行驶的小轿车能量的转化情况
对于行驶的小轿车来说， 输出的能量与输入的能量之间 的关系可以用图来表示.
化学能
动能
内能和声能
一、能量转化的效率
3. 能量转换的效率
我们让白炽灯工作的目的在于获取光能。如果一只白炽灯只发 光，那么它的效率就是100%。
100J电能 100J电能
白炽灯
白炽灯
10J光能
三、本节典例
【例题1】某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况
如图所示。若输入的化学能为2000J，输出的动能为300J，则输出
的内能和声能共计_1_7_0_0__J； 输出的有用能量是动能，则小轿车
正常工作时的效率为_1_5_%___.
化学能
动能
内能和声能
据题意，E总=2000J，E有用=300J，则据能量守恒定律: 输出的内能和声能共计为E总-E有用=2000J-300J=1700J 小轿车正常工作时的效率η= E有用 / E总= 300J /2000J =15%.
E=8.5×1010kW·h=8.5×1010×3.6×106J=3.06×1017J. 燃烧煤放出的总热量 Q=1.45×1018J 所以火力发电站的效率为
η =E/Q×100%=3.06×1017J/1.45×1018J ×100%=21%.
四、课外实践与练习
2. 火、蒸汽机、电力、核能的应用被誉为人类历史上 的四次能源革命。未来的理想能源，应该是来源丰富、可 再生、洁净安全、获取方便且经济的。试比较各种能源的 特点。
100J光能 90J内能
事实上，白炽灯发光时总会发热，因此必然有一部分电能转化 为内能。通常，一盏额定功率为100W的白炽灯正常工作时，每秒产 生的有用能量——光能约为10J，其他的电能都转化为了内能。
一、能量转化的效率
通常，能量转换装置的效率可用下式计算：
白炽灯工作时的效率
100J电能
10J光能
你认为，哪些能源将成为人类优先开发和利用的能源？ 哪些能源有望成为未来促进人类社会可持续发展的主体能 源?
解析见下页
四、课外实践与练习
储量 可否再生
煤炭
储量大
不可再生
石油和天然气
储量有限 不可再生
水电
受地形、气候限制
可再生
核电
储量有限
不可再生
发热量
较低
较高
能量密集
开发技术 与成本
较易
较易
首期投资大， 运转费用低
材料二：排出的尾气除了 CO₂、H₂O 外，还有 CO、NO、NO₂及未
燃烧的碳氢化合物等有害气体。
结合材料：
解析见下页
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析.
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
三、本节典例
结合材料： （1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析. （2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
解析见下页
三、本节典例
植树造林，增大城市绿化面积，可减少扬尘对空气的污染，增 加空气中氧气的含量，改善空气的质量；开发使用太阳能、核能等 新能源，不会污染空气，可减少使用化石能源对空气的污染；火力 发电是利用化石燃料燃烧发电的，化石燃料燃烧时会排放烟尘和 CO₂、SO₂等有害气体，减少火力发电能减少 PM2.5 排放量，改善 空气质量；推行城市公共自行车系统，打造绿色交通，可减少石油 的利用，从而减少机动车尾气对空气的污染。
二、能量与可持续发展
科学家普遍认为，温室效应加剧将对人类产生很大影响，温度持续上升 会使更多的水进入大气，于是一些富饶的土地将会变成沙漠；同时，温度上 升还会使极地的冰盖熔化，导致海平面上升，从而淹没沿海地区。为了保护 人类赖以生存的地球，我们应该采取措施防止温室效应的进一步加剧。
例如，大量植树造林，禁止乱砍滥伐；减少使用煤、石油、天然气等化 石燃料，更多地利用核能、太阳能、风能、地热能等。
3 课堂总结
课堂总结①
能量转化 的效率
持能 续源 发与 展可
能源的利用
能源与可 续发展
效率 = 输出的有用能量 输入的总能量
× 100%
推动了人类社会发展，为人类文 明发展作出了重大贡献。
问题：不可再生能源会被消耗殆 尽；破坏环境和生态平衡。
改变能源结构、开发新能源、提 高能源的利用率、减少环境污染.
耗的燃料完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站
的效率.
解析见下页
四、课外实践与练习
（1）Q=mg=5×1010kg×2.9×107J/kg=1.45×1018 J. （2）V=m/ρ=1.2×1011 kg/（1.98 kg/m3 ）=6×1010 m3 （3）由题意知，火力发电站的年平均发电量与三峡 水电站的年发电量相等，即
综上所析，A、B、D三个措施均可取，C措施不可取。所以选C.
三、本节典例
【例题3】汽车在给人们的出行带来便利的同时， 也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图所示为一辆小汽车行驶时的能耗 分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大 约只有13%用于驱动汽车前进，而其余 87%的能量 则被损耗掉了.
会放出多少热量?
（2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原 因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO2 1.2×1011kg。已知在通常情况下，CO2气体的密度为1.98kg/m3，这些CO2气 体的体积约为多少？
（3）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内消
蒸汽机
6%～15%
汽油机
20%～30%
柴油机
30%～45%
喷气发动机
50%～60%
二、能量与可持续发展
1. 能源的开发和利用对人类社会的影响
从人类社会发展的进程看，每次能源变革都无一例外地把人类社会推 向一个新的发展阶段。能源为人类文明发展作出了重大贡献，给人类带来 了无限欣喜，但是能源问题也使人类产生了深深的忧虑与困惑。
效率
=
输出的有用能量 输入的总能量
×100％
90J内能
白炽灯正常工作时的效率
=
10J 100J
×100％
= 10％
一、能量转化的效率
算一算小轿车工作时的效率
2000J化学能 小轿车
300J动能 1700J内能和声能
300J 小轿车正常工作时的效率 = 2000J ×100％ = 15％
一、能量转化的效率
三、本节典例
【例题2】如图所示为某市空气中 PM2.5(细颗粒物)的来源分布图。 PM2.5 是指直径小于等于 2.5 pm的颗粒物，其在空气中浓度越高， 就代表空气污染越严重，为减少 PM2.5 排放量改善空气质量。下列 措施不可取的是（ C ）
A.植树造林，增大城市绿地面积 B. 开发使用太阳能、核能等新能源 C.加大火力发电投入，扩大 火力发电规模 D. 推行城市公共自行车系统，打造绿色交通
（1）汽车行驶时的能量转化分析:汽油的化学能转化为气体的内能， 然后再转化为活塞的机械能，最后为汽车的机械能，转化率很低；损 耗途径分析:绝大部分是以内能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢 化合物损失，还有少量是汽油蒸发损失.
（2）技术改进建议:减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少 汽油的蒸发；使汽油充分燃烧。