20-能源与可持续发展(典例分析答案)

典例探究 提炼技法考点一、能源的种类辨析 【例1】：（2017•阜新）下列有关能源的说法正确的是（ ）A ．石油是可再生能源B ．核能是不可再生能源C ．电能是一次能源D ．太阳能是二次能源【例2】：（2017•苏州）2017年5月，我国首次海域“可燃冰”试采成功．“可燃冰”分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分为甲烷．“可燃冰”属于（ ）A ．化石能源B ．常规能源C ．清洁能源D ．可再生能源 考点二、核能【例3】：（2017•绵阳）目前世界上很多国家把核能发电当做解决能源危机的主要措施．下列关于核能的认识，正确的是（ ）A ．核能是可再生能源B ．核能发电是利用原子核裂变释放的核能C ．核能发电是利用原子核聚变或裂变释放的核能D ．核能发电释放核能的过程与原子弹爆炸释放核能的过程相同【解法技巧】解答此类题目的关键是明确能源家族的种类和分类标准，并根据分类标准及能源家族的内涵、外延判别。

能源家族之间联系可用下图表示。

注意：①“不可再生能源”和“可再生能源”是对于一次能源而言的。

②常规能源与新能源的划分是相对的,它们的区别是利用时间上的差异,随着时间的推移和科技的进步,现在所说的新能源会逐渐成为常规能源。

③清洁能源是指在利用能源时，无环境污染的能源，如太阳能、可燃冰等。

【解法技巧】理解核裂变与核聚变的特点、区别与核电站的能量转化是解题的关键。

联系：都是原子核在发生变化时，释放出巨大的能量。

区别：聚变是一个较重的核分裂为两个较轻的核，另外释放一个中子，同时释放出巨大能量的过程。

利用核裂变可以制造原子弹和核电站；聚变是两个较轻的核聚合成一个较重的核，释放一个中子，同时释放出巨大能量的过程。

利用核聚变可以制造氢弹。

注意：在同等情况下，核聚变比核裂变释放的能量大得多，但是，目前，还没有办法和平利用核聚变释放的能量；核电站的核心设备是核反应堆，是可控制的链式反应。

第二十章 能源与可持续发展【例4】：（2017•福建）为缓解电力紧张的状况，我省正在加大核电站的建设．下列说法正确的是（ ）A ．核电站将核能最终转化为电能B ．核反应堆中发生的是不可控制的核裂变C ．核能发电使用的燃料是天然气D ．核电站利用的核能属于可再生能源考点三、太阳能及其利用 【例5】：（2016•葫芦岛）2016年，我国在“人造太阳”的项目中取得重大突破．如图是实验室内的场景．“人造太阳”是利用氢核 （选填“裂”或“聚”）变来获得巨大能量的．利用“人造太阳”发电可缓解电力紧张，电能是 （选填“一次”或“二次”）能源．例5图 例6图 【例6】：（2016•陕西）图示为一种新型薄膜太阳能电池，厚度只有几微米，可弯曲，1g 薄膜太阳能电池1h 可提供6×10-3kW•h 的电能，它可以贴在玻璃上，制成太阳能发电窗户，下列说法正确的是（ ）A ．太阳能不是清洁能源B ．太阳能从太阳传递到薄膜电池上没有能量损失C ．薄膜太阳能电池将电能直接转化为光能D ．1g 薄膜太阳能电池1h 可提供2.16×104J 的电能 考点四、太阳能热水器的热（光电）转化效率计算【例7】：（2017•广西）如图所示是某太阳能热水器，水容量为100L ，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×106J ，若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5m 2，每天日照时间按8h 计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），水的密度为1.0×103kg/m 3]，求：（1）热水器中水的质量；（2）一天内热水器中的水吸收的热量；（3）热水器在冬季的效率．【解法技巧】1.熟记太阳能的来源机理：氢原子核在超高温下发生聚变，释放巨大的核能，大部分核能以光和热的形式向四周辐射。

2.知道人类所利用的所有能源中的大部分能源的源泉是太阳能。

其中最为典型的是化石能源。

3.明确太阳能在生活、生产中的利用。

人类除了间接利用存贮在化石燃料中的太阳能外，还设法直接利用太阳能。

目前直接利用太阳能的方式有两种：一种是光热转换，即用集热器把水等物质加热；另一种是光电转换，即用太阳电池把太阳能转化成电能。

4.明确太阳能的优点：取之不竭、洁净、无污染可再生能源，应大力开发太阳能。

【解法技巧】①首先明确热效率公式的物理内涵： %100⨯=总有Q Q η,其中Q 有为有效利用的热量,Q 总指总能量。

对于太阳能热水器来说，Q 总为太阳摄入的总能量,Q 有为水吸收的热量;对于太阳能电池板来说，Q 总为太阳辐射到电池板一定面积上的总能量,Q 有为太阳能电池板的输出电能；②然后根据已知量和待求量灵活选择相关公式进行联立求解。

【例8】：（2016•毕节市）如图是我市新农村建设中一道靓丽的风景﹣风光互补路灯，“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆备时同时发电，并日夜蓄能，某型号的该路灯额定功率为50W，太阳能电池板的面积为1m2，平均输出功率为100W，问：（1）某“幸福村寨”安装这种“风光互补路灯”100盏，如每天路灯正常工作10h，一月（30天）消耗的电能是多少？这些电能相当于完全燃烧多少千克的煤所放出的热量？（煤的热值为3.4×107J/kg）（结果保留一位小数）（2）若太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m2）（1s内辐射在1m2上的太阳能为800J），则太阳能电池板的光电转化效率为多少？（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？（答两点即可）考点五、能源与可持续发展【例9】：（2017•郴州）2017年6月2日美国总统特朗普宣布退出《巴黎协定》．但节能减排、保护环境是全人类的共同责任．日常生活中以下做法合理的是（）A．随意把废旧电池丢到垃圾桶中B．家中的电视机可以长时间处于待机状态C．为了节能减排、保护环境，郴州市决定关停所有高能耗、高污染的工厂D．废水直接排放到江河【例10】：各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（）A．①②③④ B．②③④① C．②①③④ D．①③④②【解法技巧】从能量转移和能量转化具有方向性、能源危机和环境污染的解决措施两个维度解答。

1.联系生活实际举例说明能量的转化和转移具有方向性、不可逆的；2.能源危机的解决途径：①积极开发新能源；②节能降耗，有利环保。

参考答案与解析例1.B解析：A、煤、石油、天然气等在地球上的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故A错误；B、核能在地球上的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故B正确；C、电能是由其他能源转化来的，属于二次能源，故C错误；D、一次能源是指可以从自然界直接获取的能源，太阳能是一次能源，故D错误．例2.C解析：可燃冰主要成分为甲烷，燃烧时生成水和二氧化碳，不会污染环境，属于清洁能源；可燃冰属于新能源、不属于常规能源；“可燃冰”属于清洁能源，不属于化石能源（化石能源燃烧有污染）；使用后不能再生，属于不可再生能源；故C正确、ABD错．例3.B解析：A、核能不是可再生能源，故A错误；B、核电站是利用原子核裂变释放的能量来发电的，故B正确；C、核能发电是利用原子核裂变释放的核能，氢弹是利用轻核的聚变制成的，故C错误；D、核电站和原子弹都是利用裂变的链式反应释放出巨大能量的原理制成的，其中在核电站中链式反应的速度和规模是人为控制的，而原子弹的裂变过程是不加控制的，故D错误．例4.A解析：A、核电站先将核能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，故A正确；B、核反应堆中发生的是可控的核裂变，故B错误；C、核电站使用的就是核燃料，而不是天然气，故C错误；D、核能在地球上的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故D错误．例5.聚；二次．解析：“人造太阳”是利用氢原子核发生聚变时，释放出的核能；电能是消耗其它能源经过加工转换来的，属于二次能源．例6.D解析：：A、太阳能清洁环保无污染，所以A错误；B、太阳能从太阳传递到薄膜电池上有一定的效率，所以有能量损耗，所以B错误；C、薄膜太阳能电池将光能直接转化为电能，所以C错误；D、可根据题目已知条件“1g薄膜太阳能电池1h可提供6×10-3kW•h 的电能”进行单位换算得出以焦耳为单位的电能数值，6×10-3kW•h=6×10-3×3.6×106J=2.16×104J，D正确．例7.解析：（1）热水器中水的体积V=100L=100dm3=0.1m3，由ρ=得水的质量：m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg；（2）一天内热水器中的水吸收的热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（60℃﹣20℃）=1.68×107J；（3）一天内热水器接收太阳能的能量：E=2.8×106J/（m2•h）×1.5m2×8h=3.36×107J，热水器在冬季的效率：η=﹣×100%=50%．答：（1）热水器中水的质量为100kg；（2）一天内热水器中的水吸收的热量1.68×107J；（3）热水器在冬季的效率为50%．例8.解析：（1）安装100盏这种“风光互补路灯”的总功率：P=100P1=100×50W=5000W=5kW，正常工作一月（30天）的总时间：t=30t1=30×10h=300h，由P=得，安装100盏这种路灯一月（30天）消耗的电能：W=Pt=5kW×300h=1500kW•h=5.4×109J，由题意知，煤完全燃烧所放出的热量Q放=W=5.4×109J，由Q=mq得，需要完全燃烧的煤的质量：m==≈158.8kg（2）太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m2）（即：1s内辐射在1m2上的太阳能W太=800J），由P=得，电池板1s内平均输出电能：W电=P输出t=100W×1s=100J，则太阳能电池板的光电转化效率：η=×100%=×100%=12.5%（3）风光互补发电机，将风能和太阳能转化为电能，所以利用的是太阳能和风能，使用这些能源的优点是节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．答：（1）一月（30天）消耗的电能是5.4×109J；这些电能相当于完全燃烧158.8千克的煤所放出的热量；（2）太阳能电池板的光电转化效率为12.5%；（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有：节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．例9.C解析：A、将废旧电池随手丢到垃圾桶中，会污染水体和土壤，不利于环境保护．故A不合理；B、电视机处于待机状态时仍有部分元件在工作如指示灯，电路中会有电流，由电功公式W=UIt可知就会消耗电能．故B不合理；C、关停高能耗、高污染的工厂，既可以节能减排，也可以保护环境．故C合理；D、废水直接排放到江河中，会污染水资源，所以不利于环境保护．故D不合理．例10.C解析：各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，地球上所有能量直接或间接来自于太阳能，所以下列能量的转化顺序为：太阳--树林--燃煤电厂--空调．。