6.1 6.2 能源、环境与人类生存 能源的开发与环境保护 学案

第1讲　能源、环境与人类生存
第2讲　能源的开发与环境保护
[目标定位]　1.了解能源对人类社会、环境的影响.2.知道能源开发和利用带来的问题及应采取的措施.3.培养具有可持续发展的责任感和节约能源的意识．
一、能源与人类
1．能源是提供可利用能量的物质资源或自然过程．
2．地球上的能源绝大部分直接或间接来自太阳能．
(1)煤、石油和天然气是太阳能经过数亿年的地质变迁转化来的，被称为化石能源．在短期内不能再生，也被称为不可再生能源．
(2)风能、水能、波浪能、海洋能等也都是由太阳能转化来的．
3．20世纪以核能为代表的各种新能源的利用，使人类获取能量的渠道拓展到了原子微观世界．
4．随着科学技术的发展和生活水平的提高，在城市家庭中，电与燃气成了主要能源．
二、能源的开发与利用
1．常规能源的开发与利用
(1)煤、石油和天然气等常规能源的大量开采对环境造成了极大的影响．
(2)常规能源在利用时也会对环境造成极大的污染，特别是温室气体大量排放，导致地球变暖．
2．可再生能源的开发与利用
(1)水能是利用最广泛的可再生资源．
(2)太阳能是地球上最丰富的能源．
(3)风力发电站必须建在多风场地，受到地域的限制．
一、能源的分类与特点7
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、生物质能
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、生物质能、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)
例1　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．核能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案　A
解析　煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；核能是不可再生能源，选项C错；煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．应选A.
针对训练1　下列关于能源的说法中正确的是(　　)
①能源是取之不尽、用之不竭的　②能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等　③大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源　④核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤碳大
A．①②B．②③C．③④D．①④
答案　B
解析　尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源．①错，②对；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大．③对，④错．
二、新能源泉的开发和利用
1．太阳能：太阳向外辐射能量时是以太阳为球心的球状辐射．
2．风能：空气流动所形成的动能称为风能，它是太阳能的一种转化形式．风能的利用是将空气的动能转化为其他形式的能．
3．波浪能：主要的开发形式是海洋潮汐发电．
4．氢能：21世纪重要的能源载体，储量丰富，运输方便，而且不会污染环境．
5．核能：通常有两种释放方式：重核裂变和轻核聚变．
6．地热能和生物质能：两种能源也具有较大的发展前景．
例2能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完毕，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．
如图1表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内、外水面高度相同时，堵住通道如图甲；潮落至最低点时放水发电，如图乙；待内、外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙．设海湾面积为5.0×107m2，高潮与低潮间高度差为3.0m，则一天内流水的平均功率为______MW.
图1
答案　100
解析　潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10N＝1.5×1012N，其重心高度变化为h′＝1.5m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝W＝1.0×108W≈100MW.
借题发挥　能源是人类生存和发展的重要支撑因素，海洋蕴藏着极丰富的能源：潮汐能、波浪能、温差能、盐度差能、海流能等，海洋能源亟待人类去开发，潮汐发电是海洋能开发较早的一种，我国潮汐能源约1.1×108kW，开发利用潮汐能技术也在不断提高．
针对训练2　水力发电站的电能最终来自于(　　)
A．太阳能
B．水的动能
C．水的势能
D．水的内能
答案　A
能源与环境
1．下列关于能源的说法中正确的是(　　)
A．能源是取之不尽、用之不竭的，尽量使用即可
B．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡不利用能源
C．能量的利用过程实质上是能量的创造和消失过程
D．能量的利用过程实质上是能量的转化和转移过程
答案　D
解析　虽然在能量的利用过程中能的总量保持不变，但能量的品质会逐渐降低，可利用的能源会逐渐减少，所以应该节约能源，A、B错误；能量的利用过程的实质是能量的转化和转移，而不是能量的创造和消失，C错误、D正确．
2．下列说法中正确的是(　　)
A．核能是一种常规能源
B．煤、石油、天然气叫做常规能源
C．大量消耗常规能源产生了“温室效应”
D．燃烧煤炭时生成的二氧化硫使雨水酸度升高，形成酸雨
答案　BCD
能源开发与利用
3．为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　)
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
答案　BD
解析　能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，A、C错，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确.
(时间：60分钟)
题组一　能源与环境
1．关于能源，下列说法中正确的是(　　)
A．大量消耗常规能源对环境的最突出影响是“温室效应”和酸雨
B．能源是取之不尽，用之不竭的
C．能源危机是指非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机
D．太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的能源被称作“新能源”
答案　ACD
2．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
答案　D
解析　煤、石油、天然气等燃料的使用，使人类获得大量能源，但是由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有粉末、一氧化碳、二氧化硫等物质污染大气．而太阳能是一种无污染的能源．
3．下列做法能改善空气质量的是(　　)
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
答案　B
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、二氧化硫等物质而污染了大气，而太阳能、风能和氢能等能源是无污染的能源，应大力推广，应鼓励人们乘坐公交车和使用电车，减少汽车尾气的排放．
4．CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射．大气中CO2浓度增加，能使地表温度因受太阳辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样．因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖．
(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为(　　)
A．光热效应
B．光电效应
C．光气效应
D．温室效应
(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是(　　)
A．大量植物和生物物种灭绝
B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧
C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多
D．自然因素破坏了地球环境生态平衡
答案　(1)D　(2)B
5．凡是能提供某种形式能量的物质或是物质的各种各样运动统称为能源，下面是一组关于能源的问题．
(1)“能源分类的相关图”如图1所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是(　　)
图1
A．煤炭、石油、沼气
B．水能、生物能、天然气
C．太阳能、风能、潮汐能
D．地热能、海洋能、核能
(2)煤、石油、天然气和生物能资源的能量形成和转换利用过程基本上是(　　)
A．太阳能辐射→化学能→热能
B．太阳能辐射→机械能→电能
C．生物能→电能→化学能→热能
D．太阳能辐射→机械能→化学能
答案　(1)C　(2)A
解析　(1)地热能是来自地球内部的能量，因此D项错误；天然气、石油、煤炭等属于不可再生的能源，因此选A、B项错误，正确的选项是C项．对于这类题目可以利用排除法，快速地选出答案．(2)根据这些能量的形成和转化可知，A选项是正确的．
题组二　能源的开发与利用
6．下面关于能源的说法中正确的是(　　)
A．一切能源是取之不尽，用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤碳大
答案　BC
解析　尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源．A错、B对．常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大．C对、D错．
7．下列关于能源的说法正确的是(　　)
A．煤、石油是当今人类利用的主要能源，它们是可再生能源
B．天然气是一种清洁的能源，人类可以无尽地开发利用
C．如果大量利用太阳能，可能使太阳能在短期内消耗殆尽
D．水能和风能可以从自然界里得到，是可再生能源
答案　D
解析　煤、石油、天然气等常规能源的储量有限，且不可再生，故A、B错误；太阳能能量巨大，且寿命很长，能再持续50亿年，C错；水能和风能是另外形式的太阳能，可重复获得，故D正确．
8．节约能源、提高能源的利用率，下列措施中不可行的有(　　)
A．采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备
B．集中供热
C．将家庭固体燃料改用气体燃料
D．不断地开采、开发常规能源
答案　D
解析　采用新技术、新设备可减少能量损失，提高效率，A对；集中供热能减少分散供暖时热量的散失，B对；气体燃料比固体燃料的燃烧率高，且污染小，C对；开发新能源，减少常规能源的开采才可以提高能源的利用率，故D错．
9．关于能源的利用和节约，下列说法正确的是(　　)
A．根据能量的守恒定律，能源的利用率应该是100%
B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空创生，总是守恒的，所以节约能源意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能量未被利用而损失掉
答案　D
解析　在能源的利用中，总有部分能量因为各种原因(如燃烧不完全、热量散失等)而损失，利用率总低于100%，故A、B错，D对；科技进步可以发明新技术、新设备，采用更节省能源的方法开发新能源，有效提高能源利用率，故C错．
10．某同学决定利用身边的材料制作一个简易的太阳能热水器，容器壁的其中两个面用玻璃板替代，以利于阳光射入，其设计结构如图2所示．为了更有效地利用太阳能，提高热水温度，下列措施中不合理的是(　　)
图2
A．容器容积一定时，增大日光入射的有效面积
B．尽量使有效采光面与太阳光垂直
C．将除玻璃板之外的内壁涂黑
D．将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面
答案　D
解析　若将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面，则不利于对阳光的吸收，应涂成黑色，因为黑色的吸热效果较好，故选D.
11．关于能源的开发和节约，下列观点错误的是(　　)
A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油类等，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响
D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
答案　B
解析　能量虽然守恒，但能量的耗散导致能量的品质降低及不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错．
12．(1)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？
(2)有一座城市，经常受到大风和风沙大侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并请说明理由．
答案　(1)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多．
缺点：核裂变反应释放的核废料具有放射性，难处理；建造成本高．
(2)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减少对城市的破坏．
13．某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.29
kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转化为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？(计算结果保留2位有效数字)
答案　3.6kW
解析　首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为mv2，转变的电能为
E＝mv2×10%，
故风车带动的发电机功率为
P＝＝πr2ρv3×10%，
代入数据解得P≈3.6kW.