第十章 6
基础达标
1．水力发电站的电能最初来自于( )
A．太阳能
B．水的动能
C．水的势能
D．水的内能
【答案】A
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．
3．(2019广西学考)出行是人们工作生活中必不可少的环节，出行的工具五花八门，使用的能源也各不相同，如①生物能、②核能、③电能、④太阳能、⑤化学能．自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是( )
A．①④⑤
B．①③⑤
C．①②③
D．①③④
【答案】B
解析：自行车靠人力驱动，需要消耗人体内的生物能，选①；电动自行车要给电池充电，消耗电能，电动车行驶要消耗电池释放的电能，故选③；普通汽车靠汽油机驱动，汽油机需要消耗汽油，消耗汽油的化学能，故选⑤.因此B正确．
4．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，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、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：虽然能量的利用过程能的总量保持不变，但能量的品质会逐渐降低，可利用的能源会逐渐减少，所以应节约能源，A、B错；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、消失，C错，D对．
5．(2019福州期末)福建平潭海域，风力资源特别丰富，已投入建设风力发电．假设该地风速为20
m/s，空气密度等于1.3
kg/m3，如果把通过横截面积为20
m2的风的动能10%转化为电能，则发电功率为( )
A．5.2×102
W
B．8.0×103
W
C．1.04×104
W
D．2.08×104
W
【答案】C
解析：据题，在t时间内通过横截面积为20
m2的风的动能10%转化为电能，根据能量守恒定律，有Pt＝10%×mv2，其中m＝ρV＝ρ·vtS，故发电功率为P＝10%×ρSv3＝10%××1.3×20×203
W＝1.04×104
W．故选C．
6．(多选)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．
能力提升
7．(多选)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．有关核电站发电过程中的能量转化情况，下列说法中正确的是( )
A．发电机是将电能转化为机械能
B．汽轮机是将内能转化为机械能
C．核电站是利用核聚变释放的核能
D．核电站是利用化学反应释放的核能
【答案】B
解析：发电机将机械能转化为电能，故A错误；汽轮机将内能转化为机械能，故B正确；核电站利用的是核裂变的能量，故C、D错误．
9．(2019宁波二模)如图所示为“风光互补路灯”系统，有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆有时将同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止充电，放电至20%左右即停止电能输出．如表为某型号风光互补路灯系统配置方案：
风力发电机
太阳能电池组件
其他元件
最小启动风速
1.0
m/s
太阳能电池
36
W
蓄电池
500
Ah12
V
最小充电风速
2.0
m/s
最大限制风速
12.0
m/s
太阳能转化效率
15%
大功率LED路灯
80
W12
V
最大输出功率
400
W
已知当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240
W/m2；当风速为6
m/s时，风力发电机的输出功率将变为50
W．根据以上信息，下列说法中正确的是( )
A．当风速超过1
m/s时，风力发电机开始对蓄电池充电
B．要想使太阳能电池的最大输出功率达到36
W，太阳能电池板的面积至少为0.15
m2
C．当风速为6
m/s时，利用风能将蓄电池的电能由20%充至90%所需时间为84
h
D．利用该蓄电池给大功率LED路灯供电，蓄电池的电能由90%放电至20%，可使路灯正常工作75
h
【答案】C
解析：由表格得最小充电风速2.0
m/s，故A错误；电池板面积S＝＝＝1
m2，故B错误；蓄电池的容量W＝12
V×500
A·h×(90%－20%)＝12
V×500
A×3
600
s×(90%－20%)＝1.512×107
J，需要的时间t＝＝
s＝84
h，故C正确；为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出，故可供灯具发光时间t灯＝＝
s＝52.5
h，故D错误．
10．(1)说明下列能源利用方式中的能量转化过程：
①水力发电：__________________；②电动水泵抽水：________________；③柴油机牵引列车前进：________________；④火箭发射人造卫星____________________________
____________________________________________．
(2)能源按其是否自然存在来分，可以分为______和________，以天然的形式存在于自然界的能源叫做________，如________、________、________、__________、________、________、________等．需要人工制取的能源叫做________，如________、________、________、________等．太阳是一个巨大的能源，它不断地向外辐射能量，其中辐射到地面的总功率为8×1023
kW，直接利用太阳能不会污染环境．
【答案】(1)见解析 (2)一次能源 二次能源 一次能源 煤 石油 天然气 风能 水能 地热能 太阳能 二次能源 电能 汽油 氢能 酒精
解析：(1)水力发电是将水的机械能转化为电能．电动水泵抽水是将电能转化为水的机械能．柴油机牵引列车前进是将柴油的化学能先转化为内能，再转化为列车的机械能．火箭发射人造卫星是将燃料的化学能转化为卫星的机械能．
11．开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求．太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式．太阳能热水器的构造示意图如图所示，下方是像日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面．
试分析下列有关太阳能的利用问题：
(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？
(2)图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________时针方向流动，这是因为________________________________.C是辅助加热器，其作用是_________
_________________.请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由．
【答案】(1)日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内，水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流．
(2)顺 集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受浮力作用沿管向右上方运动 在阴天用电加热的方式使水温升高 在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充．
12．当都市里的人们陶醉在繁华的城市生活中时，是否意识到有一支“大军”正向我们逼近，影响我们的生活，危害我们的健康．
(1)在意大利，人们家里的咖啡壶大多是用回收的可乐罐制得．请再列举一种生活垃圾回收利用的事例：____________________．
(2)回收利用垃圾：首先要对垃圾进行分类．一群环保志愿者在某社区推广垃圾分类，他们在垃圾房放置了一些有分类标志的垃圾回收箱，结果却发现仍然有许多居民并没有分类放置．造成这种现象可以排除的原因是( )
A．居民嫌麻烦，没有垃圾分类的习惯
B．居民每天产生的生活垃圾量多
C．居民的环保意识不强
D．居民不清楚垃圾分类的标准
(3)图甲是某居民小区中垃圾收集点(小圆圈)的布局，它在选址上存在的问题有________．
垃圾收集点选址应考虑的因素包括__________________________________________
________________________________________________________________________．
甲
(4)“填埋”是目前我国处理生活垃圾的主要方法．设计合理、清洁的填埋式垃圾处理场，不仅要能填埋垃圾，而且要防止其对周围环境和地下水源的污染，图乙是填埋坑的地下剖面示意图，图中P管设计所起的作用可能是( )
乙
A．排放垃圾分解产生的气体
B．收集在底部汇聚的过滤液
C．监测垃圾是否污染周围的地下水
D．作为衬垫层，防止过滤液渗入土壤
(5)有人设想在住宅小区附近建立小型生活垃圾焚烧厂，其流程如图丙，请将图中①②③所要表达的内容填在下面的横线上．
丙
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________．
【答案】(1)废纸、废塑料制复合板；有机废料炼油；废包装盒造纸(答案不唯一，合理即可)
(2)B
(3)沿河放置污染水源 利用率、是否便于居民使用、对小区景观的影响、对居民日常生活的影响、是否污染环境、是否便于运输等
(4)C
(5)①垃圾(分类)收集点 ②热量 ③再利用
解析：这是一道综合题，考查了有关垃圾的收集、处理、再利用等环节，对于增强同学们的环保意识、对能源的宝贵性认识都有促进作用．
(1)废旧材料的回收和再利用可以更有效地利用有限的资源，可以减少对环境的污染．
(2)生活垃圾的回收需要居民的积极参与，现在某些居民的环保意识不强、对环保知识不够了解等是造成生活垃圾回收不能有效进行的重要原因．
(3)从图中可以看出，三个垃圾收集点均集中在中部，且靠近小河．这样做的不利后果是：较远的居民可能因为路远的缘故不愿把垃圾送到收集点；垃圾在下雨时或在转运过程中散落，会对小河造成污染．
因此，设置垃圾收集点应使其尽量分布均匀，以提高使用效率，还要考虑是否会对环境造成进一步的污染等问题．同时，造型美观、设计精巧的收集点还能对居民小区起到美化的作用．
(4)垃圾填埋后会在土壤中发生复杂的物理、化学变化，某些产物会对环境造成二次污染．P管伸入填埋坑下的地下水里，可以及时检测到垃圾是否对地下水造成了污染．
(5)生活垃圾经过收集、分类后，能直接焚烧的垃圾进入焚烧厂．焚烧产生的热可直接进行供暖等，也可发电提供电能．焚烧后的固体残留物经加工后可以制各种建筑材料．(共28张PPT)
6 能源和可持续发展
能量守恒定律告诉我们：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失．它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，并且在转化或转移的过程中其总量保持不变．那么我们为什么还要提倡节约能源？为什么要开发新能源？
一、能量耗散和品质降低
1．能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为________，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．
【答案】内能
2．各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小向无序程度较大的转变，是能________、全额发生的．
【答案】自动发生
3．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有________．
【答案】方向性
4．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式．
1．能源对人类社会发展的作用
能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础．它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步．
2．能源对环境的影响
化石能源的资源有限，而且对环境有很大的破坏性，造成的环境污染主要有：
能源对环境及人类社会的发展有哪些影响
(1)温室效应
大量燃烧石油、煤炭、天然气等产生的二氧化碳气体，增大了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化．
(2)酸雨
酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫和氮氧化物，通过化学反应分别转化为硫酸和硝酸，混入雨水和雪水中，使其酸度增加．同时，酸雨的形成还与大气中其他许多碱性物质如飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙等与酸发生中和反应有关．
酸雨对人类是有害的，首先危害人体健康：由于酸雨可溶解空气及土壤中的重金属粒子，使其变成对人体有害的金属，人饮用了这种水就能诱发各种疾病；其次使土壤酸度增加从而危害植物的正常生长，使土壤沙化；河流湖泊酸化后就影响水生物及鱼类的生长等，严重破坏生态环境；再者酸雨是强腐蚀剂，能腐蚀建筑材料．
(3)化学烟雾
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，产生氮氧化合物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．
1．(2019南京模拟)PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源，关于能源和能量，下列说法中正确的是( )
A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用
B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C．能量被使用后就消灭了，所以要节约能源
D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少
【答案】B
【解析】可以从自然界源源不断得到补充的能源叫可再生能源，如：风能、水能、生物质能、太阳能；短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源，如：煤、石油、天然气．据此分析判断，能量是守恒的，会发生转变，但不会减少，也不会被消灭．
1．能源
(1)定义：能够提供可利用能量的物质．
(2)常规能源：煤、石油、天然气(又叫化石能源)．
(3)能源的供需现状：石油将在几十年内采完，煤也将在两百多年内采完，故需加强新能源的开发和利用，如水能、风能等．
为什么要开发新能源
2．开发利用新能源
太阳能是最具发展前景的新能源，它清洁无污染，是一种清洁能源．其他新能源，如生物质能、风能、水能等具有相当的发展前景．
下面是几种常见能源的开发方法及存在的问题：
(1)太阳能：有直接加热物体的太阳能热水器、太阳灶，有利用半导体材料把太阳能转化为电能的太阳能电池等，主要问题是只能白天工作，还要受天气影响，会妨碍大规模使用太阳能，要研究储存太阳能的方法．
(2)水能：水能有巨大的开发潜力，可开发梯级电站．
(3)核能：是一个巨大的能源，通过核反应堆进行核发电．主要应注意核泄漏、控制核污染．
(4)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．
3．能源的分类
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、潮汐能
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
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
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)
2．下列供热方式中最有利于环境保护的是( )
A．用煤作燃料供热
B．用石油作燃料供热
C．用天然气或煤气作燃料供热
D．用太阳能灶供热
【答案】D
例1 下列对能量耗散理解正确的有( )
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
能量耗散和品质降低
解析：在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错．
答案：BD
反思领悟：要理解能量耗散是指可利用的能量减少了而自然界的总能量并没有变．
1．下列关于能量耗散的说法，不正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
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．能量耗散导致能量品质的降低
【答案】A
【解析】能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低；耗散的内能无法再被利用；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行；故选A．
例2 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
能源与人类社会发展
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；水源是可再生能源，C对；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错．
答案：AC
反思领悟：明确不同能源的来源及实际使用过程中能量的转化，是分析本题的关键．
2．(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)建风能发电厂比较合理
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．
