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第二十章 能源与可持续发展
复习课件
一、能源与可持续发展知识结构图:
二、教材知识回顾:
一、能源:
(1)一次能源和二次能源
一次能源 可以 从自然界获得的能源 煤炭、石油和天然气是当今世界中一次能源的三大支柱
二次能源 无法从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到的能源 电力、煤气、汽油、煤油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等
直接
(2)可再生能源和不可再生能源
化石能源、核能会越用越少,不可能在短期内从自然界得到补充,所以它们属于 不可再生 能源。
水能、风能、太阳能、生物质能,可以在自然界里源源不断地得到,所以它们属于 可再生 能源。
(3)其他分类
化石能源 煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期的地质变迁中形成的,所以称为化石能源 化石能源是当今人类利用的主要能源,我国目前利用的能源中90%以上是煤和石油
生物质能 由生命物质提供的能量称为生物质能 ②生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,它直接或间接来源于植物的光合作用 生物质能是一个巨大的能源,人类和动物从植物或其他动物获取生物质能以维持生命
二、核能:
(1)核能:核 和核 是获得核能的两种主要形式。
(2)核裂变
裂变
聚变
用中子轰击铀核,铀核才能发生裂变,放出能量。实验表明,铀核裂变时,还同时放出2~3个中子,放出的中子又可以轰击其他铀核,使它们也发生裂变。这样,裂变将不断地自行继续下去,这种现象叫 。
(3)原子弹与核反应堆
原子弹 对裂变的链式反应不加控制,在极短的时间内就会放出巨大的核能,发生猛烈爆炸,原子弹就是根据这个原理制成的
核反应堆 控制链式反应的速度,使核能慢慢地平稳释放出来,便于和平利用。能够缓慢、平稳地释放核能的装置,叫做核 ,用于核能发电
反应堆
链式反应
(4)核聚变
较轻的核结合成较重的核,也能释放能量,这种现象叫做核聚变。
氢弹就是利用氢核聚变制成的。氢弹是一种比原子弹威力更为巨大的核武器。
三、太阳能:
(1)利用太阳能的四个渠道
①通过植物的光合作用把太阳能转化和储存起来,再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料的形式释放出来。
②通过大气和水分的升腾循环,再通过风、流水、波浪、海流等释放出来。
③被海洋吸收,成为海洋内能。
④被人们直接利用,如太阳能热水器等。
(2)直接利用太阳能的两种方式
①将太阳能直接转化成内能,如:太阳能热水器等。
②将太阳能直接转化成电能,如:太阳能电池等。
四、能源与可持续发展:
在开采和使用化石能源时,会排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及磷、氟、汞、砷、铅等有害物质和粉尘等,这些有害物质造成的危害主要有 效应、酸雨和对人体的直接伤害等。
温室
三、典型例题讲解:
例1 目前,核电站只能利用原子________变释放的核能来发电。现在世界都在关注节能减排问题,太阳能被人们列入使用的新能源。直接利用太阳能的方式:①太阳能转化成内能,②太阳能转化成化学能;③太阳能转化成________能。太阳能是________(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
[答案] 核裂 电 可再生
例2 有一种太阳能路灯(电路如图Z17-2),光控开关S1,白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,给路灯供电。时控开关S2,晚上12点前与触点c接触,主灯发光,晚上12点后与触点d接触,副灯发光。主灯为“24 V 15 W”的节能灯,副灯为“24 V 10 W”的节能灯,平均每天各工作6小时。
(1)路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时?
(2)已知太阳能电池板的面积为0.5 m2,每平方米平均收集功率为1.5 kW,若太阳光照射10小时能使路灯正常工作5天,求太阳能电池板光电转化效率。
(3)请举出这种太阳能路灯的两个优点。
[解析] 此题是太阳能向电能转化,存在转化效率的问题,即转化过程中有能量的损失,转化成了其他形式的能量而不能被利用。
例3 学习了内能及能量的转化和守恒后,同学们在一起梳理知识时交流了以下想法,你认为其中错误的是( )
A.做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
B.热传递改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
C.各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D.能量在转化和转移的过程中总会有损耗,但能量的总量保持不变
[答案] B
方法点拨:
区分能量转化和转移的关键是看能量的存在形式是否发生变化,若能量的形式没有变化,则是能量的转移,若能量的形式发生了变化,则是能量的转化,即一种形式的能量转化为其他形式的能量。
1 关于能源及能源的利用,下列说法不正确的是
( )
A.由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要
B.能源的利用过程,实质上是能量的转化和转移过程
C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D.煤、石油和天然气等化石能源归根到底是来自太阳能
2 下面各种能源中,不属于常规能源的是
( )
A.石油 B.天然气 C.水能 D.太阳能
3 下列能源中,属于二次能源的是( )
A.核能 B.太阳能 C.电能 D.水能
一、选择题
A
D
C
课堂练习
4 地球上具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优点的能源是( )
A.太阳能 B.煤炭 C.石油 D.核能
5 以下关于节约能源的叙述中,错误的是
( )
A.停止使用一切能源B.用新技术更新改造能耗大的装置
C.设法提高能源利用率 D.每个人都应有节能意识
6 大规模开发和利用太阳能时,下列困难中,目前人们所关注解决的重点是
( )
A.单位面积上功率较小 B.地球自转
C.光电、光热转化装置效率低 D.光照不均匀
A
A
C
7 解决人类对能源需求的根本出路是 ( )
A.加速开采地球上的化石能源
B.积极寻找含能源丰富的星球供人类定居
C.依靠科学技术,不断开发新能源
D.尽可能地节约能源
8 风能与水能都是________的间接形式 ( )
A.核能 B.电能 C.太阳能 D.地热能
9 下列燃料中,不属于生物质能的是 ( )
A.沼气 B.酒精 C.甘蔗渣 D.汽油
10 核反应堆中控制核裂变反应快慢的部分是 ( )
A.涡轮机 B.控制棒 C.燃料棒 D.热交换器
C
C
D
B
二、填空题
11 在煤、石油、天然气、木材、风能、水能、电能、氢能等各种能源中,
属于一次能源的有________________________ ,
属于二次能源的有________.
12 太阳核心的温度高达________℃.在太阳内部,氢原子核在超高温下发生________,释放出巨大的核能.
13 太阳能热水器是将________转化为________的装置;硅光电池是将________转化为________的装置.
煤、石油、天然气、木材、风能、水能
电能、氢能
1.5×107
聚变
太阳能
内能
太阳能
电能
14 太阳能热电站中能量转化过程是:________转化为________,________转化为________,________转化为________.
15 植物吸收太阳能,发生光合作用,________转化为________.
16 我国的核电站有________、________核电站.核电站的建设必须采用可靠的保护措施,利用控制棒保证________________的速度适中,还要特别注意防止核物质泄漏,以免造成________.
太阳能
内能
内能
机械能
机械能
电能
太阳能
化学能(或生物质能)
浙江秦山
广东大亚湾
核反应(或核裂变)
核辐射
17 人类历史上不断进行着能源转化技术的进步,这就是所说的________.从利用自然火到人工火种的转变,标志着以________为主要能源的时代的到来,这就是人类第一次能源革命.蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑,从此逐步以________大规模代替人力和畜力,它直接导致了第二次能源革命;20世纪40年代,物理学家发明了可以控制核能释放的装置________,拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕.
18 能量的转化和转移都是有________的,例如在热传递过程中,内能只可以从________物体转移到________,不能相反,否则就会引起其他的变化,消耗别的________.
19 解决能源问题:一要_________、________ ,
二要____________ ,而这两者最终都要依靠科学技术的进步.
能源革命
柴薪
机械动力
核反应堆
方向性
高温
低温
能量
开发新能源 节约能源
提高能源利用率
三、阅读简答题
20、(1)列举天然气作为能源的两个优点和一个缺点.
优点:①比较清洁,污染少 ②产热量高
③管道输送,比较方便.
缺点:极易燃烧,泄漏会引起爆炸,引发火灾.
(2)请描述链式反应的过程.
用中子轰击铀235原子核,铀核分裂成较小的原子核,释放出核能,同时还会产生几个新的中子,这些中子又会轰击其他铀原子核……于是就导致一系列铀原子核持续裂变,并释放出大量核能.这就是链式反应.
(3)太阳能电池可以将太阳能转化为电能.请你分析太阳能电池的优点和缺点.
优点:无需消耗其他能源,使用方便,无污染;缺点:价格昂贵,效率较低,供电功率较小.
(4)近年来,环保管理部门要求小型热水锅炉和家用煤炉子都烧蜂窝煤,请你谈谈烧蜂窝煤有什么好处.
蜂窝煤有许多小孔,燃烧时通风良好,燃烧面积大,燃烧充分,既省煤,又减少对环境的污染.
(5)如图16-5是现在广泛使用的一种集热式太阳能热水器的构造示意图,请你根据它的构造说明其工作原理.
黑管容易吸收太阳能,夹层真空可以防止散热,白色不锈钢板把阳光反射到吸热管上,蓄水箱在上方容易形成对流传热.
(6)下表列出了各种常用的能源类型,请根据第一行的示例,填写各种能源类型的优点和缺点.
21、(1)一个集热式太阳能热水器,一天(按光照10 h)能使80 kg水升高60℃,这个热水器相当于效率是90%的功率多大的电热水器?
四、计算题
解:80 kg水升高60℃吸收的热量为
Q=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×80 kg×60℃=2.016×106J
这些热量相当于电热水器消耗电能做的有用功,即W有=2.016×106 J
答:它相当于一个62 W的电热水器.
(2)与一片口香糖大小差不多的铀燃料就能够产生与600 L(升)汽油一样多的能量.假如一辆家庭小轿车的耗油量为10 L/hkm(每行驶100 km耗油10 L),按平均每天行驶50 km计算,这辆小轿车每年消耗的能量相当于多少片口香糖大小的铀燃料提供的能量?
解:小轿车一年的耗油量为
50 km×365×10 L/hkm=1825 L
即这辆小轿车每年消耗的能量大约相当于3片口香糖大小的铀燃料提供的能量.
(3)太阳能是大自然赋予人类的一种取之不尽、用之不竭的可再生能源.太阳释放的能量以电磁波的形式辐射出来,地球每年接收的太阳能有6×1017kW h.
①太阳内部发生的是什么反应?利用的什么能?
解:①核聚变反应,利用的是核能.
②三峡水电站全负荷运转一年的发电量为
W=Pt=1820×104 kW×365×24 h=1.6×1011 kW·h
地球接收的太阳能相当于全负荷发电的三峡水电站的个数
22、如图16-6为农村利用生物质能的常用方式——沼气.它是利用农作物的秸秆进行发酵,产生沼气(主要成分是甲烷).
请你观察图中沼气的产生和使用过程,说明其中发生了哪些能量转化.
产生沼气:生物质能转化为化学能(甲烷);沼气的应用:沼气灯——化学能转化为内能和光能,沼气灶——化学能转化为内能.
23、观察图16-7所示的世界石油储量分布图,分析为什么中东地区会成为世界强国争夺和控制的焦点.
提示:从下面两个方面分析,一是世界强国的经济发达,对能源的需要量大,而本国能源又相对贫乏;二是中东地区有丰富的石油.
24、下表列出了从1973年到1995年世界能源生产的变化情况,利用表中的信息回答下面的问题:
(1)从1973~1995年,能源总产量是如何变化的?
增加
(2)1973年核能生产占能源总产量的百分之几?1995年呢?
(3)根据能源是否可再生,给能源分类.1995年可再生能源相对世界能源总产量的重要性怎样?
不可再生能源:煤、天然气、核能、石油;
可再生能源:水能、风能 略
(4)1995年哪一种能源最重要?
石油
(5)分析表中提供的数据,你还有哪些发现?
略
谢 谢