10.6能源和可持续发展 学案 (1)
文档属性
| 名称 | 10.6能源和可持续发展 学案 (1) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-01-01 20:44:54 | ||
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文档简介
10.6能源和可持续发展
学案
1.基本知识
(1)各种能源
①定义：能源是提供可利用能量的物质资源或自然过程．
②分类：a.一次能源：人类从自然界中直接获得的能源．如煤、石油、天然气、水力、太阳能、核燃料等．
b．二次能源：一次能源经过加工转换成的另一种形态的能源．如电能、焦炭、煤气、汽油、煤油、蒸汽等．
③来源：地球上的能源绝大部分直接或间接来自太阳．
(2)能源与人类、环境与人类生存
①人类利用能源的历史可分为5个阶段：
a．火的发现和利用．
b．畜力、风力、水力等自然动力的应用．
c．化石燃料的开发和利用．
d．电的发现和开发利用．
e．核能的发现和开发利用．
②人类生存环境的基本因素：大气、水土、森林和生物．
(3)能源与生活
①消耗能量的方面：家庭生活和交通工具．
②能量的来源：电能、煤、天然气、木柴、汽油等．
③现状
a．随着科学技术的发展和生活水平的提高，越来越多的电器进入家庭，供暖、制冷、文化生活所消耗的能量在家庭能量消耗中所占的比例逐年增加．
b．交通工具消耗的能源主要是汽油和柴油，实际利用率为15%左右．
c．运输效率：燃烧1
L汽油时，交通工具运载的人员或货物的吨数与行驶的千米数的乘积．
2．思考判断
(1)地球上的能源都直接或间接来自太阳．(×)
(2)只有有生命的动植物才具有生物质能．(×)
(3)能源是人类生存和发展的基础．(√)
3．探究交流
自然界中的能量是守恒的，没有必要节约能源和开发新能源，这种认识是否正确？
【提示】 虽然自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散会导致能量的品质下降，高品质的能量转化为低品质的能量，世界上的常规能源是有限的，为了人类的可持续发展必须要节约能源，同时要开发新能源.
1.基本知识
(1)常规能源：煤、石油、天然气．
(2)电能的生产
电能主要来源于火力发电厂和水力发电站，目前火力发电厂的发电效率大约为40%.
(3)能源的开发与环境保护
①造成的环境问题
a．煤：煤的开采造成地面环境的破坏；煤是常规能源中污染最严重的燃料．
b．石油：开采、运输过程中的泄漏，各种烃类化合物对环境造成污染．
②常规能源利用过程中的污染
a．工厂排放的烟尘．
b．工厂生产中产生的不能降解的物质．
c．噪声污染．
③措施
a．对煤进行净化．
b．对煤进行气化和液化．
c．汽车安装电控喷嘴和新一代催化转化装置．
(4)可再生能源的开发
①水能
a．水力发电．
b．建设水电站会淹没大量土地，改变生态环境，对生态系统造成不同程度的破坏．
②太阳能
a．应用方式：光—电转换，直接将太阳能转化为电能，如太阳能电池；光—热转换，主要有太阳能集热器和太阳能热水器．
b．面临问题：太阳能的利用受昼夜、天气的影响较大，并且不容易储存．
③风能
风的动能可以间接转变为电能或其他形式的能，风力发电的困难在于发电机的结构设计，受地域的限制．
2．思考判断
(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少．(√)
(2)常规能源的利用会引起环境问题，所以我们不应利用能源．(×)
(3)用太阳能灶供热有利于环境保护．(√)
3．探究交流
如图6－1－1是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么．
图6－1－1
【提示】 由图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染．
【问题导思】
1．能源分类的方法有哪些？
2．各类能源的特点是什么？
3．各类能源的例子有哪些？
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
按形式或转换特点分
一次能源
自然形成，未经加工
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源
由一次能源经加工转换而成
焦炭、木炭、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
按对环境污染情况分
清洁能源
对环境基本没有污染
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)
地球上绝大部分能源直接或间接来自于太阳．
(2013·汉中检测)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．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽用之不竭的
【审题指导】 了解能源的种类，知道能源可分为可再生能源和不可再生能源．
【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．水是可再生能源，选项C对．煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．
【答案】 AC
1．能源可划分为一次能源和二次能源．自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源．下列叙述正确的是( )
A．水能是二次能源
B．电能是二次能源
C．天然气是一次能源
D．焦炉气是一次能源
【解析】 由题意可知水能和天然气是自然界中已经存在的，是一次能源．电能是由其他形式的能转化的，焦炉气是炼油厂产生的副产品，故它们是二次能源，故应选B、C.
【答案】 BC
【问题导思】
1．新能源有哪些？
2．各种新能源的特点？
3．做好环境保护需要做哪些工作？
1．新能源的开发
(1)太阳能是取之不尽，用之不竭的，同时太阳能是一种清洁能源，不会污染环境．
(2)水能：水能有巨大的开发潜力，可以开发梯级电站．
(3)生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体的太阳能，储存形式是生物分子的化学能．
(4)核能：是一个巨大的能源，通过原子反应堆进行核发电，主要应注意防止核泄漏、控制核污染．
(5)风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”．我国的新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电．
2．当前我国的几大能源工程
(1)“西气东输”．
(2)“南水北调”．
(3)“西电东送”．
(4)“热电联产”．
3．做好环境保护工作
目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等污染问题，要变废为宝．
能源问题是当前的热门话题，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．
图6－1－1表示的是利用潮汐发电的简单示意图，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，堵住通道如图6－1－1甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图6－1－1乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图6－1－1丙所示．设海湾面积为5.0×107
m2，高潮与低潮间高度差为3.0
m，则一天内水流的平均功率为____________MW.(g取10
m/s2)
图6－1－1
【审题指导】 潮汐发电的实质是将海水的重力势能转化为电能．此题的关键是求每次落潮时海水重力势能的减少量．
【解析】 每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10
N＝1.5×1012
N.
其重心高度变化为h′＝1.5
m.
每次落潮海水重力势能的减少量
ΔEp＝mgh′＝1.5×1012×1.5
J＝2.25×1012
J.
一天内水流做功的功率
P＝＝
W≈1.0×108
W＝100
MW.
【答案】 100
潮汐发电的实质
1．海水每天涨落两次，每一次由流进、流出海湾各一次，即每天海水两进两出共4次经过海湾发电．
2．解题时要明确能量的转化过程，以及能量转换的多少．
图6－1－2
2．风力发电作为一种无污染、低成本的电力产业，发展前景广阔，我国风力资源丰富，到2
000年底，我国风力发电机的总装机容量已达264万千瓦．风力发电的原理是利用风推动叶轮转动，将风的动能转化为叶轮的动能，再将叶轮的动能转化为电能．
(1)设空气的密度为ρ，每个叶轮的长度为L，正对叶轮的水平风速为v，整个发电机的效率为η，那么每台发电机发出的电功率P为多大？
(2)我国研制的WD 646型风力发电机，每个叶轮L＝22
m，当风速达到15
m/s时，其输出电功率可达600
kW.求该风力发电机将风的动能转化为电能的总效率η.(空气的密度为1.29
kg/m3)
【解析】 (1)m＝ρSvt＝ρπL2vt
Ek＝mv2＝πρL2v3t
P＝＝πηρL2v3.
(2)由P＝πηρL2v3
η＝×100%
＝×100%＝18%.
【答案】 (1)πηρL2v3 (2)18%
学案
1.基本知识
(1)各种能源
①定义：能源是提供可利用能量的物质资源或自然过程．
②分类：a.一次能源：人类从自然界中直接获得的能源．如煤、石油、天然气、水力、太阳能、核燃料等．
b．二次能源：一次能源经过加工转换成的另一种形态的能源．如电能、焦炭、煤气、汽油、煤油、蒸汽等．
③来源：地球上的能源绝大部分直接或间接来自太阳．
(2)能源与人类、环境与人类生存
①人类利用能源的历史可分为5个阶段：
a．火的发现和利用．
b．畜力、风力、水力等自然动力的应用．
c．化石燃料的开发和利用．
d．电的发现和开发利用．
e．核能的发现和开发利用．
②人类生存环境的基本因素：大气、水土、森林和生物．
(3)能源与生活
①消耗能量的方面：家庭生活和交通工具．
②能量的来源：电能、煤、天然气、木柴、汽油等．
③现状
a．随着科学技术的发展和生活水平的提高，越来越多的电器进入家庭，供暖、制冷、文化生活所消耗的能量在家庭能量消耗中所占的比例逐年增加．
b．交通工具消耗的能源主要是汽油和柴油，实际利用率为15%左右．
c．运输效率：燃烧1
L汽油时，交通工具运载的人员或货物的吨数与行驶的千米数的乘积．
2．思考判断
(1)地球上的能源都直接或间接来自太阳．(×)
(2)只有有生命的动植物才具有生物质能．(×)
(3)能源是人类生存和发展的基础．(√)
3．探究交流
自然界中的能量是守恒的，没有必要节约能源和开发新能源，这种认识是否正确？
【提示】 虽然自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散会导致能量的品质下降，高品质的能量转化为低品质的能量，世界上的常规能源是有限的，为了人类的可持续发展必须要节约能源，同时要开发新能源.
1.基本知识
(1)常规能源：煤、石油、天然气．
(2)电能的生产
电能主要来源于火力发电厂和水力发电站，目前火力发电厂的发电效率大约为40%.
(3)能源的开发与环境保护
①造成的环境问题
a．煤：煤的开采造成地面环境的破坏；煤是常规能源中污染最严重的燃料．
b．石油：开采、运输过程中的泄漏，各种烃类化合物对环境造成污染．
②常规能源利用过程中的污染
a．工厂排放的烟尘．
b．工厂生产中产生的不能降解的物质．
c．噪声污染．
③措施
a．对煤进行净化．
b．对煤进行气化和液化．
c．汽车安装电控喷嘴和新一代催化转化装置．
(4)可再生能源的开发
①水能
a．水力发电．
b．建设水电站会淹没大量土地，改变生态环境，对生态系统造成不同程度的破坏．
②太阳能
a．应用方式：光—电转换，直接将太阳能转化为电能，如太阳能电池；光—热转换，主要有太阳能集热器和太阳能热水器．
b．面临问题：太阳能的利用受昼夜、天气的影响较大，并且不容易储存．
③风能
风的动能可以间接转变为电能或其他形式的能，风力发电的困难在于发电机的结构设计，受地域的限制．
2．思考判断
(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少．(√)
(2)常规能源的利用会引起环境问题，所以我们不应利用能源．(×)
(3)用太阳能灶供热有利于环境保护．(√)
3．探究交流
如图6－1－1是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么．
图6－1－1
【提示】 由图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染．
【问题导思】
1．能源分类的方法有哪些？
2．各类能源的特点是什么？
3．各类能源的例子有哪些？
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
按形式或转换特点分
一次能源
自然形成，未经加工
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源
由一次能源经加工转换而成
焦炭、木炭、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
按对环境污染情况分
清洁能源
对环境基本没有污染
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)
地球上绝大部分能源直接或间接来自于太阳．
(2013·汉中检测)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．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽用之不竭的
【审题指导】 了解能源的种类，知道能源可分为可再生能源和不可再生能源．
【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．水是可再生能源，选项C对．煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．
【答案】 AC
1．能源可划分为一次能源和二次能源．自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源．下列叙述正确的是( )
A．水能是二次能源
B．电能是二次能源
C．天然气是一次能源
D．焦炉气是一次能源
【解析】 由题意可知水能和天然气是自然界中已经存在的，是一次能源．电能是由其他形式的能转化的，焦炉气是炼油厂产生的副产品，故它们是二次能源，故应选B、C.
【答案】 BC
【问题导思】
1．新能源有哪些？
2．各种新能源的特点？
3．做好环境保护需要做哪些工作？
1．新能源的开发
(1)太阳能是取之不尽，用之不竭的，同时太阳能是一种清洁能源，不会污染环境．
(2)水能：水能有巨大的开发潜力，可以开发梯级电站．
(3)生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体的太阳能，储存形式是生物分子的化学能．
(4)核能：是一个巨大的能源，通过原子反应堆进行核发电，主要应注意防止核泄漏、控制核污染．
(5)风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”．我国的新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电．
2．当前我国的几大能源工程
(1)“西气东输”．
(2)“南水北调”．
(3)“西电东送”．
(4)“热电联产”．
3．做好环境保护工作
目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等污染问题，要变废为宝．
能源问题是当前的热门话题，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．
图6－1－1表示的是利用潮汐发电的简单示意图，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，堵住通道如图6－1－1甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图6－1－1乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图6－1－1丙所示．设海湾面积为5.0×107
m2，高潮与低潮间高度差为3.0
m，则一天内水流的平均功率为____________MW.(g取10
m/s2)
图6－1－1
【审题指导】 潮汐发电的实质是将海水的重力势能转化为电能．此题的关键是求每次落潮时海水重力势能的减少量．
【解析】 每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10
N＝1.5×1012
N.
其重心高度变化为h′＝1.5
m.
每次落潮海水重力势能的减少量
ΔEp＝mgh′＝1.5×1012×1.5
J＝2.25×1012
J.
一天内水流做功的功率
P＝＝
W≈1.0×108
W＝100
MW.
【答案】 100
潮汐发电的实质
1．海水每天涨落两次，每一次由流进、流出海湾各一次，即每天海水两进两出共4次经过海湾发电．
2．解题时要明确能量的转化过程，以及能量转换的多少．
图6－1－2
2．风力发电作为一种无污染、低成本的电力产业，发展前景广阔，我国风力资源丰富，到2
000年底，我国风力发电机的总装机容量已达264万千瓦．风力发电的原理是利用风推动叶轮转动，将风的动能转化为叶轮的动能，再将叶轮的动能转化为电能．
(1)设空气的密度为ρ，每个叶轮的长度为L，正对叶轮的水平风速为v，整个发电机的效率为η，那么每台发电机发出的电功率P为多大？
(2)我国研制的WD 646型风力发电机，每个叶轮L＝22
m，当风速达到15
m/s时，其输出电功率可达600
kW.求该风力发电机将风的动能转化为电能的总效率η.(空气的密度为1.29
kg/m3)
【解析】 (1)m＝ρSvt＝ρπL2vt
Ek＝mv2＝πρL2v3t
P＝＝πηρL2v3.
(2)由P＝πηρL2v3
η＝×100%
＝×100%＝18%.
【答案】 (1)πηρL2v3 (2)18%