第6章 能源与可持续发展
第2节 能源的开发与环境保护
1.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
解析:水能、风能、生物质能均来源于太阳能,故选A。
答案:A
2.作为新型燃料,从环保角度来看,氢气具有的突出特点是( )
A.在自然界里存在氢气
B.氢气轻,便于携带
C.燃烧氢气污染小
D.氢气燃烧发热量高
解析:氢气燃烧生成水,所以对环境污染小。
答案:C
3.关于“温室效应”,下列说法正确的是( )
A.太阳能源源不断地辐射到地球上,由此产生了“温室效应”
B.石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量,由此产生了“温室效应”
C.“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D.“温室效应”使得土壤酸化
解析:“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等,故B、C选项正确。
答案:BC
4.当前,世界上日益严重的环境问题主要源于( )
A.温室效应
B.厄尔尼诺现象
C.人类对环境的污染和破坏
D.火山喷发和地震
解析:世界上环境问题主要是人类对环境的污染和破坏,对资源的过度开发。
答案:C
5.下列叙述中不正确的是( )
A.市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量
B.无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏
C.大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因
D.“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一
解析:氟利昂会破坏臭氧层。
答案:B
6.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.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
解析:能源与环境保护是相互制约的,要尽量节约常规能源,大力开发新能源。
答案:BD
7.据《中国环境报》报道:从一份科技攻关课题研究结果显示,我国酸雨区已占国土面积的40%以上,研究结果还表明,我国农业每年因遭受酸雨造成的经济损失高达15亿元。为了有效控制酸雨,目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。
(1)在英国进行的一项研究结果表明:高烟囱可有效地降低地面SO2浓度。在20世纪60~70年代的10年间,
由发电厂排放的SO2增加了35%,但由于建造高烟囱,地面浓度降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度,分析这种做法是否可取,并说明其理由。
(2)用传统的煤、石油作燃料,其主要缺点是什么?与传统的煤、石油作燃料相比,哪种物质可以作为新能源?主要优点是什么?缺点又是什么?
答案:(1)不可取,因为SO2的排放总量并没有减少,SO2进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害。
(2)传统的煤、石油作燃料的缺点是:首先,煤、石油是不可再生的化工燃料,其资源是有限的;其次,它们燃烧后生成的SO2、氮氧化物等严重污染大气,进而形成酸雨,燃烧后产生的CO2又会造成温室效应。与传统的煤、石油作燃料相比,H2可以作为新能源。它的主要优点是:①H2可以用水作为原料来制取;②H2燃烧时放热多,放出的热量约为同质量汽油的3倍;③H2燃料的最大优点是燃烧产物为水,不易污染环境,还可循环利用。H2缺点是自然界中含量少,不易制取,成本较高。
8.
随着我国经济的发展,汽车数量迅猛增加,汽车排放的尾气造成的空气污染越来越严重。据有关资料统计,汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上。在这种情况下,目前正在研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图所示是某研究所研制的太阳能汽车,它是利用太阳能电池板将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7 kW。在晴朗的天气里,电池板对着太阳时产生的电压为160 V,并对车上的电动机提供12 A的电流,请你求出:
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大?
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车在水平路面上匀速行驶时,受到的牵引力为180 N,则在1 min内这辆车行驶了多少米?
解析:(1)电动机消耗的电功率
P=UI=160 V×12 A=1 920 W。
(2)由P=得
W电=Pt=1 920 W×60 s=115 200 J,
由题意W机=W电η=115 200 J×75%=86 400 J。
又由W=Fs得
汽车行驶的距离s= m=480 m。
答案:(1)1 920 W (2)480 m
学业分层测评(十三)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列说法中正确的是( )
A．水能和风能是“可再生能源”
B．太阳能是一种清洁能源
C．沼气是一种新能源
D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染更大
E．水力发电站的电能最终来自于水的机械能
【解析】 水能和风能是“可再生能源”，A正确．太阳能是清洁能源，B正确．沼气是人们开发的新能源，C正确．核能对环境的污染比常规能源较小，D错误．水力发电的能量来源于太阳能，E错．
【答案】 ABC
2．“能源分类相关图”如图6-1-3所示，下列四组选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( )
图6-1-3
A．煤炭 B．太阳能
C．风能 D．潮汐能
E．核能
【解析】 同时具备太阳能、新能源及可再生能源三个条件的有B、C、D三个选项．
【答案】 BCD
3．关于自行车、电动自行车、普通汽车、高铁动车组、大型轮船消耗能源的类型，下列正确的对应关系是( )
A．自行车—生物能
B．电动自行车—电能
C．普通汽车—化学能
D．高铁动车组—化学能
E．大型轮船—风能
【解析】 高铁动车组消耗的是电能，大型轮船消耗的是化学能，故A、B、C正确．
【答案】 ABC
4．关于“温室效应”，下列说法正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
E．“温室效应”使土地干旱，沙漠化面积增大
【解析】 “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量．它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化沙漠化面积增大等，故B、C、E选项正确．
【答案】 BCE
5．氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作燃料的燃料电池汽车备受青睐．我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池汽车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进．氢能具有的优点包括( )
A．原料来源广 B．储存方便
C．制备工气廉价 D．易燃烧
E．热值高
【解析】 氢易燃烧、热值高，原料来源广，但储存难、制备成本高，故A、D、E正确．
【答案】 ADE
6．太阳能是清洁的新能源，为了环保，我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源．划分下列能源的类别，把编号填入相应的表格．
①石油 ②地热能 ③核能 ④天然气 ⑤风能 ⑥潮汐能
类别
编号
新能源
常规能源
【解析】 常规能源是指技术较为成熟且被大规模利用的能源，主要包括煤、石油、天然气等；新能源是指尚未被大规模利用或利用历史短的能源，如地热能、核能、风能、潮汐能等．注意：“风能”作为新能源的利用方式是风力发电．
【答案】 ②③⑤⑥ ①④
7．有下列各种能源：A.天然气 B．水能 C．石油 D．核能 E．地热能 F．电能 G．太阳能 H．潮汐能
其中属于不可再生能源的有________；属于二次能源的有________；属于化石能源的有________．
【解析】 根据能源的产生和利用情况进行分类，不可再生能源有A、C、D；二次能源是一次能源加工转换成的另一种形态的能源，有F；化石能源有A、C.
【答案】 A、C、D F A、C
8．为了开发新能源，某同学设想了一个利用氢能的方案，图6-1-4是它的示意图．请你判断这一方案的可行性，并说明理由．
图6-1-4
判断：________．(填“可行”或“不可行”)
理由：_________________________.
【解析】 不可行；①违反了能量守恒定律；②此流程每个环节皆消耗能量，因此不可能实现；③这种流程类似永动机，是不可能的．
【答案】 见解析
[能力提升]
9．“中国馆”世博中心和主题馆等主要场馆，太阳能的利用规模达到了历届世博会之最．总发电装机容量达到4.6×103 kW.设太阳能电池板的发电效率为18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为1.353 kW，那么所使用的太阳能电池板的总面积为________m2.
图6-1-5
【解析】 设P＝4.6×103 kW，发电效率η＝18%，地球表面每平方米接收到太阳能的功率P0＝1.353 kW，则由能量转化与守恒得：P＝P0×S×η
代入数据，解得S＝1.9×104 m2.
【答案】 1.9×104
10．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源．若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站全年的发电量(kW·h)约是多少？(g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3)
【解析】 每秒钟水能转化为电能的量为E＝ηQρgh，也就是发电功率，所以一年内的发电量
E′＝365×24×3 600××10－6ηQgh(kW·h)
≈8.8×104ηQh(kW·h)．
【答案】 8.8×104ηQh(kW·h)
11．如图6-1-6所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为0.4×106 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：
图6-1-6
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
【解析】 (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)．
(2)电池板单位面积上接收功率：
P＝ W＝370.4 W.
(3)节能灯效率：
η＝×100%＝10%.
【答案】 (1)见解析 (2)370.4 W (3)10%
12．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2000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．
图6-1-7
(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
得η＝×100%
＝×100%＝18%.
【答案】 (1)πηρL2v3 (2)18%
13．太阳每年辐射到地球上的能量可达1018 kW·h.(已知地球到太阳的距离r＝1.5×1011 m，地球的半径为R＝6.4×106 m)
(1)试估算太阳每年释放的能量；
(2)如果太阳辐射到地球上的能量全部用来推动热机发电，能否每年发出1018度电？
【解析】 太阳的能量向四面八方辐射，地球仅仅是“四面八方”中的一个“小单元”，因此太阳辐射的能量只有一小部分到达地球．
(1)地球到太阳的距离为r＝1.5×1011 m，地球的半径为R＝6.4×106 m，所以地球的接收面积为S＝πR2.以太阳为球心，以日地距离为半径画一球面，其面积为S′＝4πr2，太阳辐射的能量全部通过该球面．
由比例关系＝，得
Q太＝＝2.2×1027 kW·h.
(2)由热力学第二定律知，热机的效率无法达到100%，因此每年发出的电小于1018度．
【答案】 (1)2.2×1027 kW·h (2)不能
