第三章 热力学基础
第五节 能源与可持续发展
第六节研究性学习—能源的开发利用与环境保护
[A级 抓基础]
1．下列情况可引起大气污染的是( )
A．太阳能热水器的使用 B．工业废气的排放
C．燃放鞭炮 D．风车在发电
解析：太阳能与风能是清洁能源，不会引起大气污染，A、D不能选，而工业废气及燃放鞭炮都可能会引起大气污染，选B、C.
答案：BC
2.“能源分类的相关图”如图所示，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、天然气
B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、生物质能
D．地热能、海洋能、核能
答案：C
3．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
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不充分，使得废气中所含粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气．而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广．
答案：D
4．煤、石油、天然气和生物质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．生物质能→电能→化学能→热能
D．太阳能辐射→机械能→化学能
解析：太阳能辐射转化成了煤、石油、天然气等的化学能，在对这些能源利用的过程中，又把它们的化学能转化成了热能，A正确．
答案：A
5．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CO2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
解析：大气中CO2浓度的增加，导致了温室效应；为了缓解这种局面，一方面要尽量少使用煤、石油等常规能源，另一方面要开发利用新能源，并植树造林，改善环境．
答案：(1)D (2)B
B级 提能力
6．柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标．有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是( )
A．尾气的温度越高，柴油机越节能
B．尾气的温度越低，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
解析：气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低．故B正确．
答案：B
7．(多选)煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法中正确的是( )
A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C．该技术实现了煤的清洁利用
D．该技术实现了煤的高效利用
解析：煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确．
答案：ACD
8．(多选)太阳能、风能是清洁的新能源，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正确的是( )
A．石油、地热能、天然气属于新能源
B．地热能、核能、风能属于新能源
C．石油、天然气、煤属于常规能源
D．太阳能、风能、电能属于一次能源
解析：新能源是指人类发展历史过程中从前未曾使用过，而当今时代被开发利用的能源；常规能源是指一直被人类生产生活所使用的能源．故B、C正确，A错误．一次能源指自然形成未经加工，二次能源是指由一次能源经加工转化而来，如电能，故D项错．
答案：BC
9．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法中正确的是( )
A．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源
B．不同形式的能量之间可以相互转化
C．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
D．能量可以被消灭，也可以被创生
解析：自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能被创生，但随着能量的耗散，能源可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以可发生有能源危机，所以我们要节约能源，故A、C、D错误；不同形式的能量之间可以相互转化，如动能与势能之间可以发生相互转化，故B正确．
答案：B
10．下面是晓阳在题为“能源的开发利用与环境保持”的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料：太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，在1 m2地面上1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J．水的比热为4.2×103 J/(kg·℃)。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中．
晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
容积(V) 100 L
集热管的采光面积(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天节约多少电能？
解析：(1)设T为光照时间，
k＝1.0×103 J/(s·m2)，
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J.
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη，
因为Q吸＝Q放，
所以T＝＝ s
＝1.4×104 s≈3.9 h.
(2)由Q电＝Q吸＝ηE电得
E电＝＝ J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h.
答案：(1)3.9 h (2)2.9 kW·h
训练5 能源与可持续发展
训练6 研究性学习——能源的开发利用与环境保护
[概念规律题组]
1．(单选)煤、石油、天然气和生物资源的能量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
2．(单选)下列关于能量降退的说法中不正确的是 ( )
A．能量降退使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量降退是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动、全额发生的
D．能量降退导致能量品质的降低
3．(单选)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
4．(双选)下面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
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、煤炭大
[方法技巧题组]
5．(单选)作为新型燃料，从环保角度看，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
6．(单选)能源利用的过程实质上是 ( )
A．能量的消失过程
B．能量的创造过程
C．能量的转化和转移过程
D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程
7．(单选)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
8．CO2气体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．请回答：
(1)(单选)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)(单选)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生态环境的平衡
[创新应用题组]
9．有一座瀑布的高度是50 m，流量为12 m3/s，计划在瀑布底部利用水流能发电，设在瀑布顶处水流速率与从发电机处水轮机内流出的速率相等，且水流能有65%被利用，求安装的发电机功率最多多大(g取10 m/s2)?
答案
1．C 2.A 3.A 4．BC 5．C 6．C 7．B
8．(1)D (2)B
9．3.9×103 kW
第五节 能源与可持续发展
第六节 研究性学习
——能源的开发利用与环境保护
(时间：60分钟)
题组一 能源的分类
1．(双选)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
答案 AC
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，A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错误；水能是可再生能源，C正确；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错误．
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
答案 C
解析 氢气燃烧生成水，所以对环境污染小．
题组二 能源与环境
3．你认为下列能源中，最适合作为未来能源的是 ( )
A．太阳能 B．风能
C．柴薪能源 D．潮汐能
答案 A
4．关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的 ( )
A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，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．
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
答案 B
解析 城市的空气污染一方面来自工业，另一方面来自机动车尾气的排放；氟是促使臭氧分解的催化剂，所以无氟冰箱的使用会降低对臭氧层的破坏；二氧化碳的性质决定了它能引起温室效应，现在大气中二氧化碳的浓度日益增大；由于塑料极难分解，所以“白色污染”成了当前环境保护的重大问题之一．
题组三 能源的开发与利用
6．(双选)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、煤炭大
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．(双选)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．
8．关于能量和能源，下列说法中正确的是 ( )
A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了
答案 D
解析 化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错，D项正确．
9．有一位柴油机维修师傅，他介绍说不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，感知一下排出尾气的温度，他就能够判断这台柴油机是否节能，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是 ( )
A．尾气的温度越高，柴油机越节能
B．尾气的温度越低，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
答案 B
解析 气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源，根据能量守恒定律，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同质量的柴油，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低．
10．煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法中不正确的是
( )
A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C．该技术实现了煤的清洁利用
D．该技术实现了煤的高效利用
答案 B
解析 煤粉加压汽化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确，故选B.
11．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CO2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
解析 以CO2为主的气体产生的效应称为温室效应，导致这种效应产生的重要原因为大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧．
12．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3－5、6－1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5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为
( )
图3－5、6－1
A．75 MW B．100 MW
C．125 MW D．150 MW
答案 B
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＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h＝1.5 m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝ W＝1.0×108 W＝100 MW.
