能源及其利用
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第五章 资源、能源及其利用
学习方法建议：以自学为主
地球上的资源 地球上的能源 能量及其转化 原材料的开发利用
[ 第一节知识点分析 ]
❖ 自然资源的概念和类型 ❖ 资源问题 ❖ 土地资源和水资源的特征和现状
❖ 自然资源的概念和类型
1、概念： o 自然环境的组成部分 o 可利用的部分 o 其范围随着人类利用能力的增强而扩大
4、太阳能（来自地球以外的能源）
❖太阳能利用
将太阳能转化为内能：太阳能热水器等
将太阳能直接转化为电能：太阳能电池
将太阳能转化为生物能：光合作用
是再生资源
❖优点:
能量很大
没有污染
❖缺点： 受昼夜和天气影响
目前利用成本高
[ 第三节知识点分析 ]
➢ 氧化作用 ➢ 机械能、内能及其转化 ➢ 热力学第一定律 ➢ 电功、功率及代谢率 ➢ 电流的效应及能的转化和守恒定律
生物资源
1.生物资源的特征:再生性,有限性,多效益 性 2.森林资源:我国位世界第五 3.草地资源: 4.野生动物资源
矿产资源
1.矿产资源的特点: (1)在地区分布上不均匀 (2)属不可再生资源,数量是有限的 (3)具有伴生性
2.矿产资源现状
[ 第二节知识点分析 ]
➢ 能源问题及分类 ➢ 几种能源
➢ 能源问题及分类
1、能源问题 一方面：面临着能源的日益短缺 另一方面：对能源的需要不断增长，且要解决污染问题
解决方法： 开源：用再生资源和原子核能代替矿产能源 节流：节约能源，特别重视节约矿物燃料 提高利用率 控制人口增长
2、能源分类
一次能源 二次能源
再生能源和非再生能源 常规能源和新能源 第一、第二、第三能源
2、类型
自然要素分类： 土地资源、水资源、生物资源、矿产资源
再生性质分类： 不可更新的资源（矿产） 可更新的资源（水、森林、土壤） 永可更新的资源（太阳能、风能）
❖ 资源问题
1、两层含义：
➢ 可再生资源被强烈破坏和过度利用，再生速 度和能力逐渐降低，导致环境质量下降
➢ 不可再生资源随着人类工业活动的不断加强, 变得越来越少
（教材P317-318，表5-6、7、8）
➢ 几种能源
煤、石油、天然气、核能等均是来自地球的能源
1、煤
主要问题：供应不足、使用浪费、造成污染 合理使用途径：
高温干馏（9000C）：得到焦炭、煤焦油、焦炉气 干馏： 低温干馏（6000C）：得到焦油 气化：得到无公害的煤气（脱硫、脱氮、除尘等） 液化：人造石油
做功：钻头钻孔、活塞压缩空气、电流通过电阻丝 热传递：灼热的火炉、 ❖ 内能的表示： 做功的大小、热量的交换 对系统做功或对系统传递热量，系统内能增加； 系统对外做功或向外界传递热量，系统内能减少
热力学第一定律
定义：包括热现象在内的能量守恒与转换定律
内容：系统由外界吸收的热量，一部分使系统 的内能增加，另一部分是系统对外作功 Q = （E2 - E1 ） + W
2、石油和天然气
石油成分：各种碳氢化合物（烷烃、环烷烃和芳香烃） 石油炼制：
分馏：原理：按沸点不同在分馏塔的不同部位出口 产物：汽油、煤油和轻柴油
裂化和裂解：目的不同 提高汽油的产量和质量
（5000C以下）得到石油化工原料 重整：改变汽油成分，提高汽油质量
3、核能
裂变：重原子核分裂成两个中等质量的原子核 聚变：两个氢原子核聚合成一个较重的原子核
例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r 为 2欧姆，如果电动机输入电流为10安培，问 电动机的发热功率为多少？3分钟内产生多 少热量？
解：第一步 求线圈发热功率 P P = I 2 r = 10 2×2 = 200 瓦特
电功、功率及代谢率
功 率：P = W / t (焦耳 / 秒 瓦特)
代谢率：N = W / t
（动物）
电功: W = U I t
(焦耳、伏特、安培、秒）
电功率：P = W / t = U I = I 2 R
例：人体一般每消耗 1 升氧平均释放 2.0104 焦耳 能量,如果某人步行上班,每分钟呼出全部气体 中含氧0.6升,试计算某人步行时的代谢率.
互转化过程中，总机械能不变
动能：物体由于运动反映出它做功的本领 EK = 1/2 mv02 质量跟它的速度平方的乘积的一半
势能（重力势能）：物体因为相对于地球的位置而具有的能 EP = GH = mgh 等于物体的质量、重力加速度跟它的高度的乘积
当物体自由下落时，势能转化为动能
内能
❖ 分子动能和分子势能 ❖ 温度影响分子动能、体积影响分子势能 ❖ 内能是物体固有的属性 ❖ 改变内能的方法：
来自百度文库
解: 第一步
求出某人1分钟放出的能量
0.6×2.0 × 104 焦耳
第二步
求代谢率
N = W / t = 0.6×2.0 × 104 / 60 = 200 瓦特
电流的效应
1、热效应 电流通过金属导体产生热量，电能转化为内能 （电灯、电烙铁、电热水器等）
焦耳—愣次定律：Q = I 2R t （焦耳、安培、欧姆、秒）
2、造成原因
是资源供需方面的两种“不平衡”造成的
第一种：是人类发展对自然资源的总需求和 地球能够提供的自然资源总量之间
第二种：是资源供需上的地区不平衡
❖ 土地资源和水资源
以特征和现状为主
1、土地资源 ➢具有双重属性的独特资源
既有自然因素的一面，也越来越爱到社会经济 因素的影响。
➢基本特征：
o 具有生产能力 o 数量有限 o 具有时间性（季节性） o 有固定的空间和地域
➢ 氧化作用
剧烈氧化、缓慢氧化和生物氧化
从能量转化角度来理解：
剧烈氧化（爆炸、燃烧）：反应速度快，化学能转化成
大
量的光和热
缓慢氧化（自燃）：反应速度慢，化学能转化成热
生物氧化：属缓慢氧化（有酶参与）
➢ 理解机械能、内能、电能及其它们之间的转化
机械能
o 动能、重力势能和弹性势能（相互转化） o 机械能转化和守恒定律——在重力势能和动能相
➢ 我国土地资源的特点
o 土地类型多样 o 可利用土地相对数量少 o 各类土地资源分布极不均衡
2、水资源
➢ 基本特征： o 淡水资源所占比例小 o 水资源是可再生的自然资源 o 水资源与人类关系最密切
➢ 我国水资源的特点： 用水需求与水资源状况之间存在许多矛盾
o 总量丰富，但人均数量少 o 空间分布不均匀 o 时间上分配不均
学习方法建议：以自学为主
地球上的资源 地球上的能源 能量及其转化 原材料的开发利用
[ 第一节知识点分析 ]
❖ 自然资源的概念和类型 ❖ 资源问题 ❖ 土地资源和水资源的特征和现状
❖ 自然资源的概念和类型
1、概念： o 自然环境的组成部分 o 可利用的部分 o 其范围随着人类利用能力的增强而扩大
4、太阳能（来自地球以外的能源）
❖太阳能利用
将太阳能转化为内能：太阳能热水器等
将太阳能直接转化为电能：太阳能电池
将太阳能转化为生物能：光合作用
是再生资源
❖优点:
能量很大
没有污染
❖缺点： 受昼夜和天气影响
目前利用成本高
[ 第三节知识点分析 ]
➢ 氧化作用 ➢ 机械能、内能及其转化 ➢ 热力学第一定律 ➢ 电功、功率及代谢率 ➢ 电流的效应及能的转化和守恒定律
生物资源
1.生物资源的特征:再生性,有限性,多效益 性 2.森林资源:我国位世界第五 3.草地资源: 4.野生动物资源
矿产资源
1.矿产资源的特点: (1)在地区分布上不均匀 (2)属不可再生资源,数量是有限的 (3)具有伴生性
2.矿产资源现状
[ 第二节知识点分析 ]
➢ 能源问题及分类 ➢ 几种能源
➢ 能源问题及分类
1、能源问题 一方面：面临着能源的日益短缺 另一方面：对能源的需要不断增长，且要解决污染问题
解决方法： 开源：用再生资源和原子核能代替矿产能源 节流：节约能源，特别重视节约矿物燃料 提高利用率 控制人口增长
2、能源分类
一次能源 二次能源
再生能源和非再生能源 常规能源和新能源 第一、第二、第三能源
2、类型
自然要素分类： 土地资源、水资源、生物资源、矿产资源
再生性质分类： 不可更新的资源（矿产） 可更新的资源（水、森林、土壤） 永可更新的资源（太阳能、风能）
❖ 资源问题
1、两层含义：
➢ 可再生资源被强烈破坏和过度利用，再生速 度和能力逐渐降低，导致环境质量下降
➢ 不可再生资源随着人类工业活动的不断加强, 变得越来越少
（教材P317-318，表5-6、7、8）
➢ 几种能源
煤、石油、天然气、核能等均是来自地球的能源
1、煤
主要问题：供应不足、使用浪费、造成污染 合理使用途径：
高温干馏（9000C）：得到焦炭、煤焦油、焦炉气 干馏： 低温干馏（6000C）：得到焦油 气化：得到无公害的煤气（脱硫、脱氮、除尘等） 液化：人造石油
做功：钻头钻孔、活塞压缩空气、电流通过电阻丝 热传递：灼热的火炉、 ❖ 内能的表示： 做功的大小、热量的交换 对系统做功或对系统传递热量，系统内能增加； 系统对外做功或向外界传递热量，系统内能减少
热力学第一定律
定义：包括热现象在内的能量守恒与转换定律
内容：系统由外界吸收的热量，一部分使系统 的内能增加，另一部分是系统对外作功 Q = （E2 - E1 ） + W
2、石油和天然气
石油成分：各种碳氢化合物（烷烃、环烷烃和芳香烃） 石油炼制：
分馏：原理：按沸点不同在分馏塔的不同部位出口 产物：汽油、煤油和轻柴油
裂化和裂解：目的不同 提高汽油的产量和质量
（5000C以下）得到石油化工原料 重整：改变汽油成分，提高汽油质量
3、核能
裂变：重原子核分裂成两个中等质量的原子核 聚变：两个氢原子核聚合成一个较重的原子核
例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r 为 2欧姆，如果电动机输入电流为10安培，问 电动机的发热功率为多少？3分钟内产生多 少热量？
解：第一步 求线圈发热功率 P P = I 2 r = 10 2×2 = 200 瓦特
电功、功率及代谢率
功 率：P = W / t (焦耳 / 秒 瓦特)
代谢率：N = W / t
（动物）
电功: W = U I t
(焦耳、伏特、安培、秒）
电功率：P = W / t = U I = I 2 R
例：人体一般每消耗 1 升氧平均释放 2.0104 焦耳 能量,如果某人步行上班,每分钟呼出全部气体 中含氧0.6升,试计算某人步行时的代谢率.
互转化过程中，总机械能不变
动能：物体由于运动反映出它做功的本领 EK = 1/2 mv02 质量跟它的速度平方的乘积的一半
势能（重力势能）：物体因为相对于地球的位置而具有的能 EP = GH = mgh 等于物体的质量、重力加速度跟它的高度的乘积
当物体自由下落时，势能转化为动能
内能
❖ 分子动能和分子势能 ❖ 温度影响分子动能、体积影响分子势能 ❖ 内能是物体固有的属性 ❖ 改变内能的方法：
来自百度文库
解: 第一步
求出某人1分钟放出的能量
0.6×2.0 × 104 焦耳
第二步
求代谢率
N = W / t = 0.6×2.0 × 104 / 60 = 200 瓦特
电流的效应
1、热效应 电流通过金属导体产生热量，电能转化为内能 （电灯、电烙铁、电热水器等）
焦耳—愣次定律：Q = I 2R t （焦耳、安培、欧姆、秒）
2、造成原因
是资源供需方面的两种“不平衡”造成的
第一种：是人类发展对自然资源的总需求和 地球能够提供的自然资源总量之间
第二种：是资源供需上的地区不平衡
❖ 土地资源和水资源
以特征和现状为主
1、土地资源 ➢具有双重属性的独特资源
既有自然因素的一面，也越来越爱到社会经济 因素的影响。
➢基本特征：
o 具有生产能力 o 数量有限 o 具有时间性（季节性） o 有固定的空间和地域
➢ 氧化作用
剧烈氧化、缓慢氧化和生物氧化
从能量转化角度来理解：
剧烈氧化（爆炸、燃烧）：反应速度快，化学能转化成
大
量的光和热
缓慢氧化（自燃）：反应速度慢，化学能转化成热
生物氧化：属缓慢氧化（有酶参与）
➢ 理解机械能、内能、电能及其它们之间的转化
机械能
o 动能、重力势能和弹性势能（相互转化） o 机械能转化和守恒定律——在重力势能和动能相
➢ 我国土地资源的特点
o 土地类型多样 o 可利用土地相对数量少 o 各类土地资源分布极不均衡
2、水资源
➢ 基本特征： o 淡水资源所占比例小 o 水资源是可再生的自然资源 o 水资源与人类关系最密切
➢ 我国水资源的特点： 用水需求与水资源状况之间存在许多矛盾
o 总量丰富，但人均数量少 o 空间分布不均匀 o 时间上分配不均