6.1 能源、环境与人类生存
学习目标
1、了解各种形式的能源，了解太阳能是怎样装化为其它形式的能量的。
2、了解能源和环境与人类生活的关系，认识能源和环境是人类生存和发展的基础，知道可持续发展的重大意义。
预习导学
基础铺垫
1．热力学的两大定律之一告诉我们，能量在数量上是守恒的，另一条定律则告诉我们，能量在转化过程中其品质 ．
2．能量的转化具有方向性，当其他形式的能转变成内能时，这些内能最终流散到周围的环境中，没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散现象从 的角度反映出自然界中的宏观过程 ．
可以从下面的例子来理解能量耗散：如图所示，一个质量为m的滑块在粗糙的水平地面上以v0的初速度滑行到静止．Ek＝的动能转化为热能，但这些热能无法收集起来使滑块再具有Ek＝的动能．
3．由热力学第二定律可知，内能不能全额转化为机械能，因此，从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种 的能量．由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源．
4．化石能源的资源有限，而且对环境有很大的破坏．石油和煤炭的燃烧增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了 ，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成 ，内燃机工作时的高温使空气中和燃料中的多种物质发生化学反应，产生二次污染物质 ．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．其中，最重要的两个方面就是资源和环境保护，而这都与能源的开发利用有关．
能源在生活和生产中的重要作用
我国目前广泛使用的能源有煤、石油、天然气、木材、水能等。像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，称之为常规能源。除这些常规能源外，目前人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源，象核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等，这些刚开始利用或正在积极研究、有待推广的能源，我们称之为新能源。
问题导引：人类为什么要寻找新能源？
点拨提示：①不可更新的常规能源不断减少
②许多常规能源污染环境
③水力资源的利用受客观条件制约
5．当前，最具开发前景的新能源是 ．它是取之不尽、用之不竭的，同时，它也是一种清洁能源，不会导致环境污染．另一类新能源是 ．水是可再生的，水电对环境的影响小，发电成本低．我国的三峡水利枢纽工程，于2010年左右完全建成后，每年将能提供8.47×1011kW·h的电能．同时，我国的新疆内蒙古等地，风力资源丰富，已经在大规模利用风力发电．风力能也是可再生能源．
阅读与积累
问题与思考
问题：地球上的能源绝大部分都直接或间接来自于太阳，你能救你想到的各种能源把它和太阳能建立联系吗？
提示：根据能量的转化过程来分析。如煤、石油、天然气的形成等等。
典型例题
例1 判断下列说法是否正确 （ ）
A．能量就是能源
B．电能是一种二次能源
C．石油是一种常规能源
解析 能源是提供能量的物质资源，能源的利用过程，实质上是能量的转化和转移过程，但不能说能源就是能量，说法A是不正确的．能源的分类方法很多，所谓一次能源和二次能源是按能源是否由自然界直接提供来分的，如煤、石油、草木燃料、风、流水等都属于一次能源；而电能是一种再造能源，是由自然界提供的能源转化而来的，属于二次能源，所以说法B是正确的。所谓常规能源和新能源是按人们发现和利用能源的进程来划分的，煤、石油、天然气是人类已经利用多年的一种能源，属常规能源，因而说法C也是正确的．
拓展 煤、石油、天然气属常规能源，太阳能、生物质能、水流能、风力能、核能等都属于新能源．电能是二次能源.
例2 关于能源的利用，下列说法中正确的是
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，实质上是能的转化和传递过程
C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
解析 煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期地质变迁中形成的。古代的动物食用植物，而植物是靠吸收太阳能生长的，所以可以说，煤、石油和天然气的化学能来自太阳能。目前人类使用的能源主要的仍是煤和石油。燃料燃烧时，化学能转化为内能，内能又可转化成机械能和电能。人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能，以供利用。所以，能源的利用过程实质上是能的转化和传递的过程。我国的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，终有用完的日子。所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能，是解决能源问题的出路。因此在四个说法中，错误的是Ａ。正确答案为ＢＣＤ
例3 试计算太阳每小时辐射到地球上的总能量是多少？这些能量相当于多少无烟煤完全燃烧所放出的能量？(可查有关数据)
解析 查出太阳辐射的平均功率p，即可算出每小时太阳辐射的总能量。
查表知太阳能辐射到地球表面的平均功率为1.7×1017W，所以太阳每小时辐射到地球表面的能量
E=p·t=1.7×1017W×3600s=6.1×1020J
查表知无烟煤的燃烧值为3.4×107J/kg，因此要产生6.1×1020J热量需完全燃烧无烟煤的质量为
kg＝1.8×1010t
太阳能每小时辐射到地球表面的能量为6.1×1020J，它相当于1.8×1010t无烟煤完全燃烧所产生的热量．
拓展 从本题答案可知，太阳能是最具开发前景的新能源．一方面，太阳辐射到地球的能量是巨大的，另一方面，太阳能是取之不尽、用之不竭的，又不会导致环境污染．
例４ 瀑布从20cm高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2
解析：由能流图对能量的转化做出分析可得解题思路，能量流动如下：
设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，竖直下落后减少的机械能为
mgh－
转化为电能的功率为
P＝＝Q（gh－
＝103103 (1020-
＝1.58108(W)=1.58105(KW)
拓展 解答有关流体问题，一定要合理选取研究对象．通常是选取t时间内流过某截面的流体为研究对象．
反馈练习
1．煤、石油、天然气等燃料的 能，通过燃烧转化为 能；这种能可以直接供给生产、生活的需要，也可以通过内燃机、汽轮机转化为 能．还可以进一步转化为 能，然后被利用．
2．下列不属于新能源的是 ( )
A.太阳能
B.核能
C.风能
D.石油
3．下列属于可再生能源的是 ( )
A.电能
B.水流能、风能
C.煤炭
D.核能、太阳能
4．下列说法中正确的应是 （ ）
A.热力学第一定律和热力学第二定律是相辅相成缺一不可的．
B.热力学第二定律的两种表述是等效的
C.能量耗散说明能量是不守恒的
D.热量不能自发地从低温物体传到高温物体
参考答案
1．化学，内，机械，电2．D 3．B4．ABD
【反思】
收
获
疑
问
6.1《能源、环境与人类生存》每课一练2
1.大量消耗常规能源会带来___________、酸雨、___________、浮尘等环境污染.
答案：温室效应 化学烟雾
2.常见的新能源有___________、水能、___________、沼气能、___________等.
答案：风能 太阳能 核能
3.下列说法中正确的是（ ）
A.因为能量守恒，所以所谓“能源危机”是无稽之谈
B.由于能量守恒，所以自然界的能量是不会发生危机的
C.能量守恒，并不能说明所有的能量都能被人类所利用
D.由于能量退降，人类可利用的能源总量是在减少的
答案：CD
4.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，请完成下列题目：
图6-1-4
（1）“能源分类的相关图”如图6-1-4所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是 （ ）
A.煤炭、石油、沼气
B.太阳能、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、天然气和生物能作为能源的共同特点是（ ）
A.可再生能源取之不尽、用之不竭
B.不可再生能源，用一点少一点
C.来自太阳辐射的能量
D.污染环境的能源
（3）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）C （3）A
5.能源指的是能够提供可利用__________的物质，常见的常规能源有__________、__________、__________等.
答案：能量 煤 石油 天然气
6.20世纪80年代，科学家发明了硅太阳能电池，这种电池将实现哪种能量转换（ ）
A.光能→微波 B.光能→热能
C.光能→电能 D.电能→微波
答案：C
7.人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境.试完成以下三个题目：
（1）下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题（ ）
A.酸雨 B.臭氧层的破坏
C.人口的急剧增长 D.温室效应
（2）酸雨的形成主要是由于（ ）
A.大气中CO2含量的增加 B.大气中SO2含量的增加
C.乱砍滥伐森林，破坏生态环境 D.大气中氟利昂含量的增加
（3）大气臭氧层（ ）
A.能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低
B.能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害
C.是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护
D.吸收大量的紫外线，减少到地面的紫外线辐射
答案：（1）C （2）B （3）D
8.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
答案：B
