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第4节 能源与可持续发展
教学目标
知道能量的转移和转化都是有方向性的。
1
认识伴随大量能源消耗对环境的影响问题，对于能源开发利用有可持续发展的意识。
2
01
了解未来理想能源的特征。
3
由于它们属于不可再生的资源，等到那一天，我们人类又会用什么？
化石能源是现代人类文明所需的主要能源。按现在的能源消耗，世界上的石油、天然气和煤等化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。
课堂引入
课堂引入
第4节 能源与可持续发展
我们知道，自然界中的能量在转移和转化过程中是守恒的。按照这个规律推理，那么地球上的能量就不会减少了，但是为什么全人类还需要节约能源？为什么还要发展寻找新的理想能源
这节课我们一起学习这些问题。
能量转移和能量转化的方向性
一、能量转移和能量转化的方向性
能量转移的方向性
若把一杯水放到温度较高的环境中，水是否会自动变热？把水放到温度较低的环境中，水是否会自动变热？
分析：
若把水放到温度较高的环境中，水吸收热量，温度升高，内能增加。空气的内能传递给水，水会变热。
若把水放到温度较低的环境中，水放出热量，温度降低，内能减少。水的内能会传给空气，水不会变热。
一、能量转移和能量转化的方向性
你见过生活中热量从低温物体转移到高温物体的吗？
电冰箱制冷
要消耗电能
所以能量的转移是有方向性的
在热传递的过程中，内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。
如果要使内能从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。 例如，电冰箱制冷时就需要消耗电能。
一、能量转移和能量转化的方向性
①火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。
用电器将电能转化为内能、光能、机械能多种形式的能后，但是这些能量无法再变回可以被利用的能源。
化学能
内能、光能、机械能……
能量转化的方向性
电能
一、能量转移和能量转化的方向性
② 我们从石油中提炼出汽油，汽车内燃机工作时，把汽油中的化学能转化为汽车的机械能、内能等。
化学能
机械能
内能
这些机械能、内能无法再转化回可以被利用的能源。
所以能量的转化是有方向性的
一、能量转移和能量转化的方向性
结论
能量的转移和转化是有方向性的
③汽车制动时，由于摩擦，动能转化成轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地被用来驱动汽车。
能量的转化和转移具有方向性，有些能量可以利用，有些则不能。我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
一、能量转移和能量转化的方向性
例题1. 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，下图中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
C
空调工作所需的电能由电厂提供，电厂所需的燃煤是由上亿年前的植物经过漫长的地质年代转变而来，植物生长过程中进行光合作用，将太阳能转化为化学能。所以转化顺序为C。
【解析】
一、能量转移和能量转化的方向性
例题2. 汽车在刹车的过程中，轮胎与地面摩擦，伴随着能量从机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和________(填“增大”“不变”或“减小”)。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有________性。
不变
方向
能源消耗对环境的影响
二、能源消耗对环境的影响
人类消耗各种能源时给自己带来了便利，也给自己造成了麻烦，不可避免地对环境造成影响，对环境造成了污染。
化石能源是现代的主要能源。化石燃料在燃烧利用过程中, 产生的各种气体与固体废物和余热对环境造成污染。
二、能源消耗对环境的影响
热岛效应是指一个地区的气温高于周围地区的现象。
化石能源通过燃烧转化为内能，相当一部分内能没有被有效利用，从而造成了热污染。汽车尾气是造成空气污染和城市热岛效应的罪魁祸首之一。
城市里，大量烟尘和废气阻碍了地表热量向外辐射。另外，城市中的建筑物、混凝土和沥青路面，改变了地表的反射率和蓄热能力，使得城市气温比周围农村的高。
热岛效应
二、能源消耗对环境的影响
温室效应是指透射阳光的空间由于与外界缺乏热对流而形成的保温效应。
大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，给地球穿上了一件保暖羽绒服。
而燃料燃烧产生的大量二氧化碳，大大加剧了地球的温室效应。
温室效应会造成全球气候变暖，冰川融化，海平面上升，出现极端高温、干旱、飓风、许多生物物种灭绝，也给人类带来直接威胁。
温室效应
二、能源消耗对环境的影响
①酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。
雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。
酸雨
酸雨的形成过程
酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。例如燃料燃烧生成的二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质。
二、能源消耗对环境的影响
②酸雨的危害
酸雨对森林的破坏
酸雨对土壤的破坏
酸雨可导致土壤酸化
土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。
二、能源消耗对环境的影响
酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，建筑材料变脏、变黑，从而损坏建筑物，影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 “黑壳”效应。
被酸雨严重腐蚀的乐山大佛
被经过清洁之后的乐山大佛
酸雨对非金属建筑材料的损坏
二、能源消耗对环境的影响
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.
大气污染的主要来源——燃煤电厂
能源种类 产生 的环境问题 石油和 天然气 煤 水力发电 核能 柴薪
空气污染
废物
有害辐射
水土流失和沙漠化（破坏生态平衡）
√
√
×
×
√
√
×
×
√
√
×
×
×
×
√
×
×
×
×
√
二、能源消耗对环境的影响
用“√”表示大量消耗能源对环境会有明显的破坏，用“×”表示对环境不会造成明显的破坏。
在消耗各种能源时，对环境造成怎样的破坏呢？
二、能源消耗对环境的影响
针对表中结果，你对能源的利用有什么看法？
如何在使用能源的同时减少对环境的破坏，实现可持续发展？
人类不应当无限制的向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然、环境的和谐与平衡。
保护环境、控制和消除大气污染，已经成为当前世界需要解决的重要课题。我们既要有效的利用能源，又要很好的控制和消除污染。
能源与可持续发展
三
三、能源与可持续发展
我国目前能源消耗结构
请你观看下面我国目前的能源消耗结构图。
会发现煤和石油是现在人们使用的主要能源。按现在的能源消耗计算，世界上的煤、石油和天然气等化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。同时大量消耗常规能源带来了环境问题。
开发未来理想能源是人类发展所要解决的重要课题。你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？
三、能源与可持续发展
①提高能源的利用率，减少在能源使用中对环境的破坏。
提高能源利用率、节能减排，是我国一项基本国策，这关系到我们国家未来的经济的发展，社会的稳定。需要我们从根本出发，不断的考虑新的方法，开发出新的科技，并使之运用于实际。
能源与可持续发展
能源的利用要考虑持续性发展，既要满足当代人的需要，又要考虑后代人的需求。
②发展新的理想能源
不可再生能源一旦开采，就难以在地球上再生
不可再生能源
核能
化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源。
三、能源与可持续发展
可再生能源：
可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。
像风能、水能、太阳能等可以在自然界里源源不断地得到，所以把它们称为可再生能源。
三、能源与可持续发展
三、能源与可持续发展
未来理想能源须满足的条件：
未来理想能源
①必须足够丰富，可以保证长期使用；
②必须足够便宜，可以保证多数人用的起；
③相关技术要成熟，可以保证大规模使用；
④必须足够安全、清洁，可以保证不会严重
影响环境。
三、能源与可持续发展
你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？
风能、水能、太阳能、地热能、潮汐能有可能成为今后的理想能源，因为这些能源既可以循环使用，又不会对环境产生破坏和污染。
三、能源与可持续发展
秦山核电站
敦煌光伏电站吸热塔
新疆达坂城风力发电
我国各种新能源的开发和利用
河南黄河小浪底发电工程
三、能源与可持续发展
新疆太阳能发电站
羊八井地热电站
蓝鲸一号南海开采可燃冰
我国在试验氢能源汽车
例题3. 为了减少能源的利用对环境的污染和破坏，下列做法不正确的是 （ ）
A. 大力发展风力发电
B. 大力发展火力发电
C. 减少化石燃料的使用
D. 开发使用电能驱动的电动汽车
三、能源与可持续发展
B
解析：
为了减少能源的利用对环境的污染和破坏，可以大力发展风力发电，减少化石燃料的使用 ，开发使用电能驱动的电动汽车；但是火力发电是不行的。所以选B。
三、能源与可持续发展
例题4. 关于能量和能源的利用，以下说法正确的是（ ）
A.核电站是利用化学能来发电的
B.水能、风能和化石能源均是可再生资源
C.太阳能电池是把太阳能转化为内能的装置
D.电能可以使电灯发光，同时产生内能，而这些内能无法自动地转化为电能
D
解析：核电站是利用核裂变时释放的能量进行发电的；化石能源是不可再生能源；太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置；由于能量的转化具有方向性，故电能可以使电灯发光，同时产生内能，而这些内能无法自动地转化为电能。所以选项D正确。
课堂总结
四
能源与可
持续发展
能量转移和转
化具有方向性
能源与可
持续发展
能源消耗对
环境的影响
四、课堂总结（一）
在热传递的过程中，内能从高温物体转移到低温物体。
热污染、热岛效应、
温室效应、酸雨等。
提高能源的利用率，减少在能源使用中对环境的破坏。
发展新的理想能源——可再生能源
四、课堂总结（二）
视频总结——《能源与可持续发展》
动手动脑学物理
五
1. 能源的使用，不过是一种形式的能转化为另一种形式的能而已，自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭。既然如此，那为什么还要节约能源呢？
解答：
能量和能源不是等同的，虽然能量守恒，但我们人类只能够利用能源来获得有用的能量，并不是所有的能量都可以为人类利用. 能源是有限的，有些能源是不可再生的，所以我们要节约能源.
五、动手动脑学物理
2. 能源家族中，有木柴、煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、核能等，哪些属于不可再生能源？哪些属于可再生能源？
解答：
煤炭、石油、天然气、核能属于不可再生能源，木柴、水能、风能、太阳能属于可再生能源.
五、动手动脑学物理
解答：电能，无法从自然界直接获得，需要一次能源的消耗才能得到，这样的能源称为二次能源。
化石能源、核能会越用越少，不能在短期内得到补充，他们属于不可再生能源。而水能、风能、太阳能、生物质能，可以在自然界源源不断的得到，称作可再生能源。
通过分析，我们知道电能不能从自然界源源不断的得到，所以电能不是可再生能源；但是电能也不会越用越少，电能可以通过水能、风能得到，所以电能也不是不可再生能源。因此电能只能说是二次能源，不能说是不可再生能源。
3. 小玲有个困惑的问题：电能是可再生能源还是不可再生能源？她查了好几本书也没查到？请你告诉她怎么看待这个问题。
五、动手动脑学物理
4. 我们经常听说“节能减排”，什么是“减排”？为什么要“减排”？ “减排”为什么是和“节能”连在一起的？
解答：
减排是指减少废弃物和环境有害物（包括三废和噪声等）的排放；一般地讲，节能必定减排，而减排却未必节能，所以减排项目必须加强节能技术的应用，以避免因片面追求减排结果而造成的能耗激增，注重社会效益和环境效益均衡，因而“减排”通常要和“节能”连在一起.
五、动手动脑学物理
5. 我国幅员辽阔，各地的自然条件有很大差异，这是发展各有特点的可再生能源 的有利条件。请你列举三种不同的可再生能源例子，说明我国在哪个地方有利于发展(或已经发展了）哪种可再生能源。
解答：
水能、风能、太阳能都是可再生能源，在水资源丰富的湖北有利于发展水能，如：三峡水电站；在沿海或青藏高原，可以发展风能；在银川、甘肃等地可以发展太阳能.
五、动手动脑学物理
课堂练习
六
六、课堂练习
1. 能源开发和利用技术的进步是人类社会文明发展的重要标志，在煤、石油、风能和太阳能这几种能源中，属于不可再生能源的有___________，属于清洁能源的有______________。
煤和石油
风能和太阳能
解答：
煤、石油属于不可再生能源；风能和太阳能属于可再生能源。
解析：
地热能、太阳能、风能都是未来的理想能源，安全清洁，不会严重影响环境；而天然气是化石能源，会给空气造成很大的污染。故正确选项是A。
A
六、课堂练习
2. 下列能源的使用，会造成空气污染加剧的是（ ）
A.天然气 B.地热能
C.太阳能 D.风能
3. 关于能量和能源的利用，以下说法正确的是 （ ）
A.核电站是利用化学能来发电的
B.水能、风能和化石能源均是可再生能源
C.太阳能电池是把太阳能转化为内能的装置
D.电能可以使电灯发光，同时产生内能，而这些内能无法自动转化为电能
D
核能
化石能源不是可再生能源
电能
六、课堂练习
4.“北国好风光，尽在黑龙江”，建设人与自然和诺共存的美丽家园，打响蓝天保卫战，能源问题已成焦点，全球能源将发生巨大变革。下列关于能源问题说法正确的是（ ）
A．天然气燃烧产生的二氧化碳，不会加剧地球温室效应
B．煤是不可再生的化石能源，它在能源领域重要性有所降低
C．地下石油资源取之不尽用之不竭，可无限开采
D．核电站可完全替代火电站，因为核能是可再生能源
B
六、课堂练习
六、课堂练习
5．“研究能源利用，实现可持续发展”已成为21世纪世界各国共同的任务。能源按不同的分类方式可进行不同分类。下列四组能源中，能归入如图所示阴影部分的一组是 ( )
A. 煤炭、地热能、沼气
B．太阳能、风能、海洋能
C．水能、木柴、天然气
D．石油、海洋能、核能
B
6. 关于能源、信息和材料，下列说法正确的是 （ ）
A．太阳能是可再生能源，是应该优先发展的新能源
B．LED 灯内的发光二极管是由超导材料制成的
C．核电站是利用可控的核聚变释放的能量发电的
D．用手机无线上网是利用了超声波传输信号的
A
六、课堂练习
六、课堂练习
7．同学们都是未来理想能源的探索者和使用者。关于未来理想能源，下列说法不合理的是 ( )
A．必须全部转化为电能，可以保证大规模使用
B．必须足够丰富，可以保证长期使用
C．必须足够便宜，可以保证多数人用得起
D．必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境
A
六、课堂练习
8. 下列情况不会造成“温室效应”的是( )
A．煤的燃烧 B．天然气燃烧
C．植物的光合作用 D．汽油燃烧
【解析】
煤、天然气和汽油燃烧生成大量的二氧化碳，能造成“温室效应”，植物的光合作用是吸收二氧化碳和水，
生成氧气和有机物，不会造成“温室效应”。
C
六、课堂练习
9．如图所示，甲图是某地风力发电的外景，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组成，风机叶片是由高强度、耐磨性能好的轻质复合材料制成。风机叶片形状像飞机的机翼(如乙图所示)，在风力作用下旋转并将产生的动力通过传动系统传递给发电机发电。发电机输出的功率与风速有关，丙图是某风力发电机的输出功率与风速的关系图。
六、课堂练习
9．风机叶片形状像飞机的机翼(如乙图所示)，在风力作用下旋转并将产生的动力通过传动系统传递给发电机发电。丙图是某风力发电机的输出功率与风速的关系图。
请根据以上图文内容，提出两个与物理知识相关的问题，并针对所提出的问题作出合理简答。
①问题：___________________________________
解答：______________________________
②问题：_________________________________
解答：____________________
③问题：_______________________________
解答：______________________
风力发电机是什么能转化为什么能？
将机械能转化为电能。
风力发电机有哪些优点？
节能、环保。
风力发电机的工作原理是什么？
电磁感应现象。
