能源开发与环境保护 节约能源、保护资源与可持续发展
1.了解能源危机，研究开发新能源． 2.了解环境保护及主要解决的几个问题．
3．了解如何节约能源，保护资源及可持续发展战略．(重点)
一、能源危机和开发新能源
1．树立能源危机的意识
(1)到本世纪后期首先面临的是石油资源枯竭的危机．
(2)中国能源资源的现状是：人均能源占有量偏低，人均煤炭可采储量为世界平均值的1/2，人均石油可采储量为世界平均值的1/10；优质能源资源(石油、天然气等)严重短缺，能源结构不合理；相当长的时间内还得以煤为主要能源，这将给环境和交通运输带来巨大的压力．
化石燃料目前估计的使用年限
2．研究开发新能源
(1)核能：核能的最大优点是无大气污染，集中生产量大，可以替代煤、石油、天然气等燃料．
(2)氢能：氢的来源丰富，氢的热值大，燃烧产物是水，污染较小，因此氢能是一种前景广阔的清洁能源．
(3)发展可再生能源技术
①太阳能
②风能
③生物质能：生物质能是太阳能以化学能贮存在生物中的一种能量，利用多种技术可把生物质能转换成常规的固态、液态和气态燃料．
二、环境污染和环境保护
为了营造一个天更蓝、地更绿、水更清、空气更洁净的环境，控制现有能源利用过程中的污染物排放，建立清洁高效的能量利用技术，已成为当务之急．科学家正在加紧研究环境能源技术，它主要解决以下几个方面的问题．
1．城市生活垃圾问题
2．汽车尾气污染问题
3．环境污染的综合治理问题
三、节约能源与可持续发展
可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡．其中，最重要的两个方面就是：一方面在开发利用能源时，要做好环境保护；另一方面，在使用能源时，要千方百计地节约，提高利用效率．
四、保护自然资源与可持续发展
人类必须珍惜的自然资源主要有以下四类
1．三大生命要素——空气、水和土壤；
2．六种自然资源——矿产、森林、淡水、土地、生物物种、化石燃料(石油、煤炭和天然气)；
3．两类生态系统——陆地生态系统(如森林、草原、荒野、灌丛等)与水生生态系统(如湿地、湖泊、河流、海洋等)；
4．多样景观资源——山势、水流、动植物种类、自然与文化历史遗迹等．
能源开发和利用
1．能源开发和利用的关系图
2．提高能源利用效率的新技术目前主要有
(1)开发能量转换新技术，使利用效率从25%～30%提高到55%～75%；
(2)煤的洁净利用技术，如制煤浆技术等；
(3)先进的发电技术(包括发电技术装备、电机冷却技术、余热利用技术、输电技术、能源管理等)．
3．当前我国的几大能源工程
(1)“西气东输”工程是我国西部开发的关键项目之一，它是把新疆、内蒙、甘肃等西部地区的天然气开发出来，通过地下输气管道送到江、浙、沪等对能源需求量大的地区．
(2)“南水北调”工程是继三峡工程之后，我国又一重大的国土建设工程，它对中国社会进步和经济持续发展的意义甚至超过了三峡工程，对我国提高水资源利用效率、合理配置资源、改善北方缺水地区的生态环境有重大的意义．
(3)“西电东送”工程也是西部大开发的标志性工程，是把云、贵、川、陕等西部地区的电力资源输送到电力紧缺的粤、沪、江、浙和京、津等地区．把西部丰富的资源优势转化为经济优势，并为东部提供清洁的电力，以促进东、西部的共同发展．
(4)“热电联产”工程，既发电，又集中供热，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电供应等综合效应．
(5)长江三峡水利枢纽工程已全面建成，它每年能提供约8.47×1011 kW·h的电能．
(多选)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
[思路点拨] 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．
[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，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.
[答案] BCD
1.(多选)下列做法中，不会起到提高能源利用效率的是( )
A．采用联合热电技术为居民小区供热
B．禁止使用煤炭资源
C．将煤制成煤浆
D．关闭火力发电厂
解析：选BD.禁止使用煤炭资源和关闭火力发电厂在目前来说是不切实际的．
城市生活垃圾对环境的影响
1．城市垃圾的处理方法主要有：堆肥法、填埋法和热处理(焚烧)．
2．对大气环境的影响
(1)垃圾中的细微颗粒，在大风吹动下会随风飘逸，造成大气环境的污染．
(2)一些有机固体废弃物，在适宜的湿度和温度条件下被微生物分解，还能释放出有害气体，产生毒气或恶臭，造成地区性大气污染．此外，垃圾在填埋处理中，会逸出沼气．采用焚烧法处理时，会产生粉尘、Cl2、HCl、二恶英等物质，造成大气二次污染．
3．对水环境的影响
(1)直接把垃圾倾倒于河流、湖泊和海洋，会使水体受到污染，严重危害水生生物的生存，还会缩减江河湖泊的有效面积，使排洪和灌溉能力降低．
(2)垃圾的露天堆放和简单填埋，经雨水的浸渍和废弃物本身的分解，会产生含有害物质的渗滤液，对地表水及地下水造成污染．
4．对土壤环境的影响：垃圾经过风化、雨雪淋溶和地表径流的侵蚀，一些有毒液体就会渗入土壤，杀害其中的微生物，破坏土壤的腐解能力，甚至导致草木不生．这些有害成分的存在，还会在动植物体内积蓄，通过食物链危及人体健康．
(多选)运用填埋法处理城市垃圾的优点是( )
A．投资少
B．不需任何分选收集
C．可回收沼气
D．可消灭各种病原体
[思路点拨] 解答本题时需要了解一些基本的垃圾处理办法的优缺点．
[解析] 利用填埋法处理城市垃圾时，先把可回收的东西分选出来，然后把60 mm以下和15 mm以上的垃圾填埋，垃圾填埋一段时间后，就会产生沼气；填埋法处理城市垃圾投资少，填埋场封场后，表面可实行绿化，使土地恢复利用．消灭各种病原体是焚烧法的优势之一．
[答案] AC
2.(多选)城市垃圾不断增多与什么因素有关( )
A．消费商品量不断增加
B．不良的生活习惯
C．一次性用品使用的限制
D．方便袋的使用
解析：选ABD.随着工业发展，商品消费量增多，城市垃圾也不断增多，此外B、D也是垃圾增多的原因．
能源的开发及计算
三峡水利工程的坝高h0＝185 m，正常水位为h＝175 m，水库容积V＝3.93×1010 m3，装机容量(发电机的总功率)P＝1.768×107 kW，发电量W＝8.4×1010 kW·h.假设发电机效率η ＝80%，试根据这些数据计算出水利枢纽的流量Q.(不进行具体计算，用字母表示)
[思路点拨] (1)水电站把水的机械能转化为电能．
(2)水的重力势能的减少量与发电效率的乘积等于发电电能．
[解析] 设在Δt时间内，有ΔV的水通过水利枢纽，则Q＝，ΔV＝QΔt.
减少的势能ΔEp＝mgh＝ΔVρgh＝QΔtρgh，
发电机的功率P＝＝＝Qρghη，
流量为Q＝.(其中各物理量均取国际制单位)
[答案] 见解析
(1)在任何情况下总的能量是守恒的，但能源是有限的，必须节约能源．
(2)能量耗散是指能量品质降低，应开发新能源和加强环境保护．
[随堂检测]
1．(多选)下列对能量耗散的理解正确的有( )
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
解析：选BD.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错误，B、D正确．
2．近两年，国家加大了农村沼气建设的投入力度．沼气是农作物秸秆、畜禽粪便等有机物经发酵后所产生的甲烷等气体．下列说法不符合沼气特点的是( )
A．是一种清洁能源，燃烧效率高
B．不可再生
C．能保护和改善生态环境、实现可持续发展
D．来源广泛
解析：选B.沼气的原料是可以从自然界中源源不断地获得的，是可再生的．
3.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．
(1)“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、沼气
B．水能、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
解析：(1)地热能是来自地球内部的能量，因此D项错误；天然气、石油、煤等属于不可再生的能源，用一点，少一点，因此A、B选项错误，正确的选项是C项，对于这类题目可以利用排除法，快速地选出答案．
(2)根据这些能量的形成和转化可知，A选项是正确的．
答案：(1)C (2)A
4．太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率为1.4 kW，如今利用凹面镜制成太阳灶烧水，使20 ℃，5 kg的水在20 min内沸腾，此太阳灶中凹镜受光照面积的直径最少应该多大？(不计能量损失)
解析：使水沸腾需要的能量为
Q＝cm·Δt＝4.2×103×5×80 J＝1.68×106 J
吸收太阳光的能量为
Q′＝PS·t＝
由Q＝Q′得：d＝ m
≈1.13 m.
答案：1.13 m
[课时作业]
一、单项选择题
1．在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的 ( )
A．改进热机的生产工艺，总有一天热机的效率可达到100%
B．发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．房屋顶上的太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
解析：选D.热机的效率不可能达到100%，A错；绝对零度不可能达到，B错；汽车尾气中的有害气体不会与空气自动分离，C错；太阳能可以发电和进行加热，D对．
2．作为新型燃料，从环保角度来看氢气具有的突出优点是( )
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：选C.作为新能源，氢的优点是发热量高，燃烧后生成物是水，所以仅从环保角度讲，应选C.
3．抽水蓄能电站可以在用电低谷时，将电网中多余的电能转化为水的重力势能；在用电高峰时，再将水的重力势能转化为电能输回电网．假定多余电能为5×104 kW·h，这部分多余的电能经储存再回到电网过程中将损失44%，则此蓄能电站能给电网补充的电能为( )
A．2.2×104 kW·h B．2.8×104 kW·h
C．3.5×104 kW·h D．5×104 kW·h
解析：选B.由题意可知，这部分电能在转化过程中要损失44%，则剩余部分电能为5×104×(1－44%) kW·h＝2.8×104 kW·h .
二、多项选择题
4．下列关于能量耗散的说法，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
解析：选BCD.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，故A错，D对；耗散的内能无法再被利用，B项对；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，C项对；故选B、C、D.
5．节约能源、保护环境，下列做法或现象中需要改进的是( )
A．及时关掉未关紧的水龙头，尽量做到一水多用
B．将废纸、矿泉水瓶等送到废品收购站
C．人不在屋里也要保持灯亮
D．汽车排出黑色的尾气
答案：CD
6．下列能源中，哪些属于不污染环境且不需要开采费用的新能源( )
A．太阳能 B．核能
C．风能 D．沼气
解析：选AC.目前，人类应用较多的能源是煤、石油、天然气等常规能源，正在大力发展的新能源有核能、太阳能、风能、沼气等．太阳能和风能都是无污染、不需要开采费用的能源，而且取之不尽，用之不竭．该题的正确选项为A、C.
三、非选择题
7．随着人类消耗能量的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务．如图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度，请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点．
解析：列车进站时，利用上坡把部分动能转化为重力势能，减小因为刹车而损耗的机械能．列车出站时，利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能的作用．
答案：见解析
8．能源问题是人类面临的重大课题，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．如图所示的是利用潮汐发电的简单示意图，左边为陆地和海湾，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，如图甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图乙所示；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，如图丙所示．设海湾面积为5.0×107m2，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多少兆瓦．(g取10 m/s2，每天两次涨潮，四个发电时间段)
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＝1.5×1012 N
其高度变化为h′＝1.5 m
每次落潮海水重力势能的减少量
ΔEp＝mgh′＝2.25×1012 J
一天内水流做功的功率
P＝≈1.04×108 W＝104 MW.
答案：104 MW
9．(1)1971年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一．请由此估算地球的半径R.(答案保留三位有效数字)
(2)太阳与地球的距离为1.5×1011 m，太阳光以平行光束射到地面．地球表面的的面积被水面所覆盖，太阳在一年中所辐射到地球水面部分的总能量W约为1.87×1024 J，设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2×106 J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面．
①估算整个地球表面的年平均降雨量；(以毫米表示，球面积公式为4πR2)
②太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分，太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说出两个理由．
解析：(1)由题意知，地球周长的等于1米的一千万倍，则有：2πR×＝1.00×107 m，解得R≈6.37×106 m.
(2)①设太阳一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，W＝1.87×1024 J．设凝结成雨滴一年降落到地面上水的总质量为m，由题意：
m＝ kg≈5.14×1017 kg.
设使地球表面覆盖一层水的厚度为h，水的密度为ρ，有：m＝ρ·4πR2·h，则：
h＝＝ m
得h≈1.01×103 mm.
可见整个地球表面年平均降雨量约为1.01×103 mm.
②大气层对太阳辐射的吸收、大气层的散射或反射、云层遮挡等．
答案：(1)地球半径约为6.37×106 m
(2)①年均降雨量约为1.01×103 mm ②见解析
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(共25张PPT)
第5章 能源与可持续发展
5．2 能源开发与环境保护
5．3 节约能源、保护资源与可持续发展
第5章 能源与可持续发展
石油
1/2
1/10
无大气污染
光化学转换技术
化学
资源、环境
环境保护
节约
土壤
土地
水生
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生互动
突破疑难·讲练提升
(共21张PPT)
mm人如mm〓品
大
大
大
陆
陆
地海湾坝大海地
海湾彐坝
陆地
坝三大海
大海
海湾
通道
甲
丙
