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——能源的开发利用与环境保

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
用与环境保护
1.了解什么是能源，了解什么是常规能源，了解常规能源的储备与人类需求间的矛盾．
2.了解常规能源的使用与环境污染的关系．
3.了解哪些能源是清洁能源，哪些能源可再生．
4.要求就能源与环境问题开展研究性学习．
一、能源与环境
1．能源：是能够提供___________可利用能量的物质．人们把煤、石油、天然气叫常规能源，也叫化石能源．核能、太阳能、潮汐能、地热能属新能源．
能源的分类：不可再生能源，如煤、石油、天然气等；可再生能源，如风能、水能等．
2．能源带来的环境问题：大量消耗常规能源产生的大气污染对全球气候和生态环境最为突出的影响是___________温室效应和___________酸雨．
1．常规能源的大量利用造成了化石燃料的日益枯竭和环境污染的日益加剧．人类怎样才能克服能源危机？
提示：一方面要节约能源，另一方面要大力开发新能源．如大量应用太阳能，大量应用水力和风力发电，开发地热能以及核能等．
二、温室效应
1．成因：温室效应是由人类过多排放___________二氧化碳，干扰了地球的热平衡造成的．2．危害：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
(1)提高能源___________利用率，控制___________二氧化碳的排放．
(2)开发新能源．
三、酸雨
1．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，煤炭中含有较多的___________硫，燃烧时产生___________二氧化硫等物质．
2．危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤___________酸化和贫瘠，___________腐蚀建筑物和艺术品等．
3．防止：(1)健全法规，强化管理，控制___________排放．
(2)发展___________清洁煤技术，减少燃烧过程中___________SO2的排放．
(3)通过改造___________发动机，安装汽车尾气___________净化装置，用___________无铅汽油代替含铅汽油等，控制汽车尾气排放．
2．怎样减少温室效应、酸雨等对环境的影响？
提示：调整能源结构，控制二氧化碳和有毒气体的过量排放，改进设备、技术，提高能源利用率，树立节约能源的观念，开发利用新能源等．
四、能量降退与节约能源
1．能量降退：当机械能、电能、化学能等，转变为周围环境的内能后，我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用，这些弥散到空间的能量可利用程度很低，通俗地说，这些能量“变质”或“贬值了”．这种能量可利用程度___________降低的现象称为能量降退．
(1)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．
(2)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，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．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．
2．能量品质降低：各种形式的能量向内能的转化，是微观领域内无序程度较小向无序程度较大的转化，是能够自动、全额发生的．而内能向机械能的转化过程，是不能全额转化的．因此，从可被利用的价值来看，内能与机械能、电能等相比，是一种低品质的能量．
3．能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源．
3．试从微观角度分析能量降退的原因．
提示：能量从微观领域内总是从无序程度较小向无序程度较大转化，是自动发生的能量耗散，虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低．
能源的分类及特点
能源分类方
法能源分类名称特点
举例
按形成或转
换特点分一次能源自然形成，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
分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
分
可再生能源
可循环使用，不断补
充
水能、风能、太阳能、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
按对环境污染情况分清洁能源
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、天
然气)
地球上绝大部分能源直接或间接来自太阳．煤、石油、天然气是太阳能经过数亿年的地质变迁转化来的，水能和风能也是经过太阳能转化而来的．
(多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初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
[解析] 煤、石油、天然气等是动植物转化来的，其来源可追溯到太阳能，选项A对．汽油燃烧会产生一些有毒气体，选项B错．水能是可再生能源，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．故选AC.
[答案] AC
煤、石油、天然气等是常规能源，水能和太阳能等是可再生能源，风能、水能、太阳能、核能、沼气等都是清洁能源．
1.(多选)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
解析：选BC.由题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，故它们是二次能源，故应选BC.
能源与人类社会发展、环境的关系
1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．
2．化石能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源．
(1)化石能源的储量是有限的．
(2)化石能源的大量消耗带来了环境问题：
①温室效应：大量燃烧石油、煤炭、天然气等产生的二氧化碳气体，增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化．②酸雨：酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
③光化学烟雾：主要成分是臭氧．内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮氧化合物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染．
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．用太阳能灶供热
[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，应大为推广，故答案应选D.
[答案] D
2.能源是社会发展的基础．下列关于能量守恒和能源的说法正确的是( )
A．能量是守恒的，能源是取之不尽、用之不竭的
B．能量的耗散反映了能量是不守恒的
C．开发新能源，是缓解能源危机的重要途径
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”
解析：选C.能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质并不是取之不尽、用之不竭的，所以A项错误；能量的耗散是一种形式能转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，所以B项错误；开发新能源，特别是可重复利用的能源是缓解能源危机的重要途径，所以C项正确；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，自然界的能量不变，所以D 项错误．
新能源的开发
1．新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等．
2．无穷无尽的太阳能：太阳是以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源．(1)数量巨大：太阳辐射功率为3.9×1026瓦．能到达地球表面的太阳能每年约为1.3×1010吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量总和的104倍．
(2)时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约5×109年左右，估计尚可继续维持大约1010年之久．
(3)清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危险．3．永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀而引起的空气流动所产生的能量．整个地球接受到的太阳辐射能约有0.2%被转换成风能，全球的风能总量估计有1.6×1022 J．这是一个巨大的潜在的能源宝库，如果1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求．
4．丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生，还具有不污染环境的优点．据科学家估计，世界海洋能源总量为40多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，如果开发出其中一小部分，即可满足人类对能源的全部需求．5．深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的天然储热库．地热能指地球内部可释放出来的热量．据估计，从地球内部每年传到地球表面的热量，相当于370亿吨标准煤燃烧时所放出的热量．
6．未来能源的希望——核能：在当前开发和利用的新能源中，核能尤其重要．核能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之不尽的能源．
下列叙述中不是以发展新能源为目的的是( )
A．降低长途运输中能源使用的成本
B．解决能源短缺的问题
C．增加对化石燃料的开采
D．减少环境问题
[解析] 我国目前在能源应用上坚持的原则是：节约能源，开发新能源，同时要保护好环境，所以增加对化石燃料的开采不是以发展新能源为目的的，选C.
[答案] C
3.关于能量和能源，下列说法中正确的是( )
A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了
解析：选D.化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错误；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错误，D项正确．故选D.。