12.4能源与可持续发展 学案 Word版含答案

第4节　能源与可持续发展
学习目标
1.理解能量耗散和品质降低的概念。
2.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。
3.了解常规能源的使用带来的环境污染。
4.了解开发新能源的方法和意义。
自主预习
1.能量耗散和品质降低
(1)能量耗散:系统的　　　　流散到周围环境中,没有办法把这些内能收集起来加以利用,这种现象叫作　　　　。?
(2)品质降低:能量从　　　　的形式降级为　　　　的形式叫品质降低。?
(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　　　　,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　　　　。?
2.能源与人类社会发展
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　　　　和　　　　构成现代社会的三大支柱。?
3.能源与环境
(1)人们把煤、石油、天然气等化石能源叫作　　　　能源,人类消耗的能源主要是　　　　能源。?
(2)环境问题:化石能源的大量消耗带来的环境问题有　　　　　　　等。?
4.开发新能源
(1)化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染,使得　　　　的开发成为当务之急。?
(2)新能源主要有以下几种:太阳能、生物质能、风能、核能、水流(河流、潮汐)能。
太阳能、风能、水流能是　　　　能源,也是“　　　　　”能源。?
课堂探究
1.图示是锅炉工作时的外景,从节约能源和环境保护角度来看,分析存在的主要问题是什么?
2.既然能量守恒,为什么还要节约能源?
3.判断下列说法是否正确。
(1)如果一个宏观态对应的微观态比较多,说明该宏观态是比较无序的。
(2)熵越大,系统对应的微观态就越少。
(3)在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会增加。
(4)自发的宏观过程总是向无序性增大的方向发展。
重难点探究
主题1:能量耗散和品质降低
问题:阅读课本相关内容,回答下列问题。
根据图片,思考以下问题:
煤炭、风力发电
(1)能源与能量的含义相同吗?
(2)你知道哪些能源为不可再生能源,哪些能源为可再生能源吗?
(3)你知道国家为何提倡节能减排吗?
主题2:能源与人类社会发展、环境
问题:阅读课本相关内容,回答下列问题。
(1)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题,如温室效应、酸雨、光化学烟雾等,请谈谈它们的危害。
(2)查阅相关资料,谈谈新能源开发的意义。
核心素养专练
1.(考查对能源开发和使用的认识)关于能源的开发和利用,下列说法错误的是(　　)
A.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.通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
2.(考查对能源利用的认识)柴油机使柴油燃料在汽缸中燃烧,产生高温高压气体,燃料的化学能转化为气体的内能,高温高压气体推动活塞做功,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。下列说法正确的是(　　)
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
3.(考查对温室效应的认识)(多选)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.石油和煤炭等燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量,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
4.(考查能量的计算和节能的意识)某市有20万台空调机,每台空调机在夏季平均使用60天,每天耗电8 kW·h。为了节约能源,该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃,这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市节省多少电能?已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下,这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤?
思维导图构建
能源与可持续发展
1.能量耗散与品质降低
2.能源与人类社会发展、环境
3.能源概念、分类
4.能源对环境的影响
参考答案
自主预习
1.(1)内能　能量耗散　(2)高度有用　不太可用　(3)方向性　降低
2.材料　信息
3.(1)常规能源　常规能源　(2)温室效应、酸雨、光化学烟雾
4.(1)新能源　(2)清洁　可再生
课堂探究
1.由题图中的浓烟滚滚,可以发现存在的主要问题有两个:一是燃料燃烧不充分,且烟气带走大量的热量,造成能量损失;二是造成大气污染。
2.人们在使用能源的时候,高品质的能量释放出来,并最终转化为低品质的内能,虽然能量不会减少,但能量品质会越来越低,所以要节约能源。
3.(1)一个宏观态对应的微观态比较多,说明对该宏观态要求得少,其分布是比较无序的,故(1)正确。
(2)熵越大,系统对应的微观态就越多,因为熵是系统无序性的量度,故(2)错误。
(3)由熵增加原理可得:一个孤立系统的总熵不会减小,故(3)错误。
(4)根据熵增加原理,一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,即自发的宏观过程总是向无序性增大的方向发展,故(4)正确。
重难点探究
主题1:解答:(1)不相同。能量是守恒的,既不会增加也不会减少;能源是可以提供可利用能量的物质;能量耗散,能量总量不变,但能量品质会下降,即能源减少,故我们要节约能源。
(2)不可再生能源:煤、石油、天然气;可再生能源:水能、风能、生物质能、地热能。
(3)大量能量的使用不会使能的总量减少,却会导致能量品质的降低,将能量从高度有用的形式降为不大可用的形式,所以要节约能源。
知识链接:能量在利用过程中,总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。
主题2:解答:(1)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。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物质,人饮用了这种水就会诱发各种疾病;其次使土壤酸度增加从而危害植物的正常生长,使土壤酸化;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。光化学烟雾有毒,能引起人的多种疾病。
(2)随着社会的进步和生产力的飞速发展,能量的消耗也急剧增加,常规能源中的煤、石油、天然气储量有限,风能、水能等的利用受到很多自然条件的限制,也不可能满足人类社会对能源的需求,所以能源的开发和利用成为当务之急。
知识链接:开发能源转换新技术、煤的洁净利用技术、先进的发电技术,都可以提高能源的利用效率。
核心素养专练
1.B　解析:能量虽然守恒,但有的资源容易利用,有的资源难以利用,资源短缺成为社会发展的阻碍,因而要合理开发利用,故B选项错误。
点评:能源是有限的,要有计划地使用,无限制使用常规能源会严重破坏环境。
2.B　解析:气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能,柴油机使柴油燃料在汽缸中燃烧,产生高温高压气体,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选项正确。
点评:联系生活实际,知道节约能源,开发、利用新能源和环境保护之间的关系。
3.BC　解析:“温室效应”的产生是由于石油和煤炭等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、海水倒灌河流、耕地盐碱化等,故B、C选项正确。
点评:环境污染包括温室效应、酸雨、光化学烟雾等,其原理不同。
4.2.1×1013 J　2.4×103 t
解析:设可节省的电能为E,则E=8×6%×60×20×104 kW·h=5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J
设可为后辈留下标准煤m吨,则由能量守恒定律有
2.92×107×m×103×30%=E
解得m≈2.4×103 t
点评:能量耗散,能量总量不变,但能量品质会下降,即能源减少,故我们要节约能源。