资源描述
第五节 能源与可持续发展
1．人类消耗的能量主要来自________、________、__________等物质，人们把这些物质叫做常规能源．大量消耗常规能源产生的大气污染对全球气候和生态环境系统产生的影响，最为突出的是____________和________．
2．温室效应是人类过多地排放____________，干扰了地球的热量平衡造成的，温室效应会导致全球变暖进而会引起______________、____________和____________，控制全球变暖的对策是通过________________，控制____________的过量排放．具体实施时可以从以下两方面进行：(1)____________________．(2)________________．
3．人为排放的____________和______________是酸雨形成的根本原因．这些污染物主要来自燃烧________的煤炭以及机动车排放的废气．酸雨有“空中死神”之称，危害极大，它影响人的________，危害______________，使土壤________和贫瘠，腐蚀建筑物和艺术品．酸雨的防治措施：(1)健全法规，强化管理，____________.(2)发展清洁煤技术，减少燃烧过程________的排放．(3)通过改造发动机，安装汽车尾气净化器，用无铅汽油代替含铅汽油等手段，控制____________的排放．
4．能量不仅有“量”的问题，而且有“________”上的差别．根据热力学第二定律，自然界中的宏观过程是有____________．能量在转化过程中，能量的可利用程度是逐渐____________，这种能量可利用程度降低的现象称为____________．
5．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．用太阳灶供热
6．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．下列属于新型能源，又是可再生能源的是( )
A．太阳能B．石油C．天然气D．核能
【概念规律练】
知识点一 能源与环境
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
2．(双选)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
知识点二 能量降退与节约能源
3．(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
4．下列说法正确的是( )
A．甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B．热机的效率从原理上讲可达100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D．以上说法均不正确
知识点三 新能源
5．太阳热水器是利用太阳能来加热水的设备，在我国城乡许多屋顶上都可以看到．太阳单位时间直射到地面单位面积的能量为E0＝7×103J/(m2·s)．某热水器的聚热面积S＝2m2，若每天相当于太阳直射的时间为t＝4h，太阳能的20%转化为水的内能，计算这个热水器最多能使m＝500kg的水温度升高多少？
6．某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机的功率是多少？(结果保留两位有效数字)
1．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．关于能源，以下说法中错误的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的化学能实际上是太阳能转化而成的
B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移的过程
C．到目前为止，人类利用的所有能源实际上都是太阳能转化而成的
D．核能和地热能来自地球本身
3．关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是( )
A．能源是有限的，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．在对能源进行开发和利用的同时，必须加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径
4．当前，世界上日益严重的环境问题主要源于( )
A．温室效应
B．厄尔尼诺现象
C．人类对环境的污染和破坏
D．火山喷发和地震
5．下述化学物质中，对大气臭氧层破坏最大的是( )
A．氟利昂B．二氧化碳
C．二氧化硫D．一氧化碳
6．(双选)下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化为机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
7．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
8．柴油燃料在柴油机的汽缸中燃烧，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，只是将手伸到柴油机排气管附近去感知一下尾气的温度，就能判断出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
9．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
10．氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐．我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进．氢能具有的优点包括( )
①原料来源广 ②易燃烧、热值高 ③储存方便 ④制备工艺廉价易行
A．①②B．①③C．③④D．②④
11．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．
(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
(3)(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．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
12.据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．
(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱，地面浓度降低了30%，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由．
(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？
13．有一座瀑布的高度是50m，流量为12m3/s，计划在瀑布底部利用水能发电，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，且水能有65%被利用，求安装的发电机功率最大是多少(g取10 m/s2)?
14．如果一位体重为70kg的运动员某次训练的排汗量是0.3kg，而且这些汗水都从运动员身上蒸发掉而没有流掉，这将导致运动员的体温降低多少？已知常温下水的汽化热Q＝2.4×106J/kg，水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)．人体的主要成分是水，可以认为人体的比热容与水的比热容相等．
15．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1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．
图1
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？
图2
(2)图2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
课前预习练
1．煤 石油 天然气 温室效应 酸雨
2．二氧化碳 海平面上升 气候变化 疾病增多 调整能源结构 二氧化碳 提高能源利用率 开发新能源
3．二氧化硫 氮氧化合物 含硫 健康 生态系统 酸化
控制排放 SO2 汽车尾气
4．质 方向性的 降低的 能量降退
5．D [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的不充分，使得废气中含有粉尘、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，应大为推广．故选D.]
6．C [能源利用的过程是做功或热传递的过程，前者是能量的转化，后者是能量的转移．]
7．A
课堂探究练
1．AC [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对；汽油燃烧会导致有毒气体的生成，B错；水能是可再生能源，C对；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错．]
方法总结 明确不同能源的定义及实际使用过程中能量的转化，是分析本题的关键．
2．BC [“温室效应”的产生是由于石油和煤炭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、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确．]
3．BC [尽管能量守恒，但降退的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，故选项A错，B对；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，故选项C对，D错．]
4．D [自发地进行热传递的条件是必须存在温度差，而不是内能差．甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，故A项错．
由热力学第二定律：“不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．”可知，任何热机的机械效率都不可能达到100%，因此，B项错．
关于“能源危机”必须明白两点：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等；(2)人们在消耗能源时，放出的热量，有的转化为内能，有的转化为机械能，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用(能量降退)，而可供利用的能源是有限的，也不可能再生(或短时间内不可再生)．因此，“能源危机”并非说明能量不守恒，所以C项错．]
方法总结 (1)能量降退从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
(2)能量降退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有用的形式．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．
(3)能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源．
5．19.2℃
解析 根据题意可知，一天当中被热水器吸收且转化为水的内能的太阳能为：Q＝E0·S·t·20%，这部分能量就等于被水吸收的能量Q吸＝cmΔt.
每天被太阳能热水器吸收的太阳能：
E＝E0·S·t①
水吸收的热量：Q吸＝cmΔt②
E·20%＝Q吸③
联立①②③式代入数据得：Δt＝19.2℃.
所以这个热水器最多能使500kg的水温度升高19.2℃.
方法总结 解题时应明确在能量的转化和转移过程中，能量的总量保持不变．
6．3.4kW
解析 首先可以求出在时间t内作用于风车的气流的质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为mv2，转变的电能为E＝mv2×10%，故风车带动的发电机的功率为
P＝＝πr2ρv3×10%，
代入数据解得P＝3.4kW.
方法总结 本题是新型能源风能发电的模型，考查了动能、功率、能的转化等知识．计算过程中要注意构建正确的气流柱体模型，理清各物理量间的关系，利用能的转化与守恒定律正确分析该题．
课后巩固练
1．C 2.C
3．B [能量是守恒的，但由于能量降退，使得能利用的能源越来越少．]
4．C 5.A
6．AD [热机是把内能转化为机械能的装置，过程中一定有部分热量排放给低温物体(冷凝器或大气)，即有能量降退．]
7．A
8．B [气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油燃料在柴油机的汽缸中燃烧，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，尾气的温度就越低．]
9．B
10．A [氢能是易燃烧、热值高，原料来源广；但储存难、制备成本高，故①②正确．]
11．(1)D (2)B (3)BD
12．(1)这种方法并不可取，尽管高烟囱可有效地降低地面SO2浓度，但并不能减少排放到大气中的SO2总量，总污染量并未减少，并且高空中的SO2很容易与雨水结合，形成酸雨危害环境．
(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是燃烧过程中产生大量的污染，危害环境．氢这种物质可以作为新能源，因为氢的燃烧值大，相同质量的氢与煤、石油相比，放出的热量更多，并且燃烧后只产生水，无污染物形成．缺点是大量的单质氢不容易获得，成本太高，并且氢的熔点很低，不容易液化，给运输带来不安全因素．
13．3.9×103kW
解析 设流量为Q，水的密度为ρ，在t时间内通过水轮机的水的质量为m＝ρQt，水的机械能有65%转化为电能，故发电机功率为
P＝＝ρQghη＝1×103×12×10×50×65%W＝3.9×103kW
14．2.46℃
解析 设人的质量为m＝70kg，排汗量Δm＝0.3kg，运动员体温降低为Δt.由能的转化与守恒定律得QΔm＝c(m－Δm)Δt
解得Δt＝＝℃＝2.46℃
15．(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．
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