《能源的利用與開發(fā)》導(dǎo)學(xué)案2

課前自主預(yù)習(xí)1. 在一定條件下能夠提供可利用的物質(zhì)資源叫能源，按能源的利用可劃分為一次能源和二次能源，一次能源按是否能再生可分為能源（如太陽能、風(fēng)能、水能等）和能源（如煤、石油、天然氣等）（1）一次能源：能的能源，如煤、太陽能等.（2）二次能源：從一次能源直接或間接而來的能源，如電能、氫能、焦炭等答案：能量可再生不可再生直接利用轉(zhuǎn)化2. 人類對能源的需求越來越大，但化石能源卻越來越少，新能源的利用還沒有完全發(fā)展起來.能源的過度利用同時伴隨著對自然環(huán)境的和，如溫室效應(yīng)、酸雨等.答案：污染破壞3. 能源危機與環(huán)境污染使得開發(fā)能源成為必要.解決能源危機與環(huán)境污染的辦法：（1）能源，提高能源利用率.（2）開發(fā)新能源、綠色能源及能源，如開發(fā)水能、太陽能、風(fēng)能和核能答案：節(jié)約可再生4. （單選）下列能源屬于常規(guī)能源的是（）煤核能太陽能石油A. B.C.D.解析：常規(guī)能源是指埋在底下的動植物經(jīng)過數(shù)億年的地質(zhì)演變而形成的煤.、石油、天然氣。太陽能和核能屬于新能源。所以本題應(yīng)該選D。答案：D點評：本題考查了對能源分類的識記內(nèi)容。要求同學(xué)全面理解能源的幾種分類方式。5. （雙選）下列關(guān)于太陽能的說法中錯誤的是（）A. 太陽能十分巨大，供應(yīng)時間長久B. 太陽能分布廣闊，處處可以利用C. 太陽能到達(dá)地面的功率穩(wěn)定，不會受氣候和季節(jié)的影響D. 太陽能也會造成環(huán)境污染解析：太陽能在不同的天氣和季節(jié)，到達(dá)地面的功率是不一樣的，太陽能不會造成污染。答案：CD課堂互動探究知識點1能源危機與環(huán)境污染新知探究情景一：聯(lián)合國氣候變化框架公約（UnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange,簡稱公約）是1992年5月在聯(lián)合國紐約總部通過的，同年6月在巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會期間正式開放簽署。公約的最終目標(biāo)是“將大氣中溫室氣體的濃度穩(wěn)定在防止氣候系統(tǒng)受到危險的人為干擾的水平上”。公約說：“感到憂慮的是，人類活動已大幅增加大氣中溫室氣體的濃度，這種增加增強了自然溫室效應(yīng)，平均而言將引起地球表面和大氣進(jìn)一步增溫，并可能對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類產(chǎn)生不影響?！惫s是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放，應(yīng)對全球氣候變暖給人類經(jīng)濟和社會帶來不利影響的國際公約，也是國際社會在應(yīng)對全球氣候變化問題上進(jìn)行國際合作的一個基本框架。目前已有192個國家批準(zhǔn)了公約，這些國家被稱為公約締約方。此外，歐盟作為一個整體也是公約的一個締約方。公約締約方作出了許多旨在解決氣候變化問題的承諾。每個締約方都必須定期提交專項報告，其內(nèi)容必須包含該締約方的溫室氣體排放信息，并說明為實施公約所執(zhí)行的計劃及具體措施。情景二：能源危機是指因為能源供應(yīng)短缺或是價格上漲而影響經(jīng)濟。這通常涉及到石油、電力或其他自然資源的短缺。能源危機通常會造成經(jīng)濟衰退。從消費者的觀點，汽車或其它交通工具所使用的石油產(chǎn)品價格的上漲降低了消費者的信心和增加了他們的開銷。世界經(jīng)濟的現(xiàn)代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。因而它是建筑在化石能源基礎(chǔ)之上的一種經(jīng)濟。然而，由于這一經(jīng)濟的資源載體將在21世紀(jì)上半葉迅速地接近枯竭。石油儲量的綜合估算，可支配的化石能源的極限，大約為1180-1510億噸，以1995年世界石油的年開采量33.2億噸計算，石油儲量大約在2050年左右宣告枯竭。天然氣儲備估計在131800-152900兆立方米。年上海世博會石油館圖4-8-2上海世博會石油館圖4-8-2開采量維持在2300兆立方米，將在57?65年內(nèi)枯竭。煤的儲量約為5600億噸。1995年煤炭開采量為33億噸，可以供應(yīng)169年。鈾的年開采量目前為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀(jì)30年代中期。核聚變到2050年還沒有實現(xiàn)的希望?；茉磁c原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟危機和沖突的加劇，最終葬送現(xiàn)代市場經(jīng)濟。事實上，近10年來，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)。這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁；在國內(nèi)，也可能出現(xiàn)由于能源基地工人下崗而引發(fā)的許多新的矛盾和沖突?？傊?，能源危機遲早會爆發(fā)；它的爆發(fā)將具有爆炸性!重點歸納1. 能源危機：目前世界上消耗的能源主要是煤、石油、天然氣等不可再生能源，按目前的消耗速度，煤可用200年左右，石油可用40年左右，天然氣可用60年左右，而其他可再生能源還不能大規(guī)模應(yīng)用，世界正面臨能源危機2. 我國的能源危機：能源儲量有限，人口眾多，人均能源占有量和消費量均處于較低水平；經(jīng)濟增長和生活水平的提高，使能源消耗量急劇增加，目前我國能源消費總量已位居世界第二位.3. 環(huán)境污染：大量使用煤、石油、天然氣等化石能源給人類的生存環(huán)境帶來了災(zāi)難，如酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層的破壞、城市熱島效應(yīng)、土壤酸性化、生態(tài)平衡的破壞、海平面升局等.(1) 溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)加劇主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會燃燒過多煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放岀大量的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。二氧化碳?xì)怏w具有吸熱和隔熱的功能。它在大氣中增多的結(jié)果是形成一種無形的玻璃罩，使太陽輻射到地球上的熱量無法向外層空間發(fā)散，其結(jié)果是地球表面變熱起來。因此，二氧化碳也被稱為溫室氣體。(2) 酸雨污染：酸雨是工業(yè)高度發(fā)展而岀現(xiàn)的副產(chǎn)物，由于人類大量使用煤、石油、天然氣等化石燃料，燃燒后產(chǎn)生的硫氧化物或氮氧化物，在大氣中經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸或硝酸氣溶膠，或為云、雨、雪、霧捕捉吸收，降到地面成為酸雨。(3) 臭氧層破壞：臭氧層是指大氣層的平流層中臭氧濃度相對較高的部分，其主要作用是吸收短波紫外線。對于大氣臭氧層破壞的原因，科學(xué)家中間有多種見解。但是大多數(shù)人認(rèn)為，人類過多地使用氯氟炷類化學(xué)物質(zhì)（用CFCs表示）是破壞臭氧層的主要原因。氯氟炷是一種人造化學(xué)物質(zhì)，1930年由美國的杜邦公司投入生產(chǎn)。在第二次世界大戰(zhàn)后，尤其是進(jìn)入60年以后，開始大量使用，主要用作氣溶膠、制冷劑、發(fā)泡劑、化工溶劑等。另外，哈龍類物質(zhì)（用于滅火器）、氮氧化物也會造成臭氧層的損耗。（4）城市熱島效應(yīng)：城市熱島效應(yīng)（Urbanheatislandeffect）是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。城市熱島效應(yīng)形成的原因：城市內(nèi)擁有大量鍋爐、加熱器等耗能裝置以及各種機動車輛。這些機器和人類生活活動都消耗大量能量，大部分以熱能形式傳給城市大氣空間。城區(qū)大量的建筑物和道路構(gòu)成以磚石、水泥和瀝青等材料為主的下墊層，這些材料熱容量、導(dǎo)熱率比郊區(qū)自然界的下墊層要大得多，而對太陽光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下墊層表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣溫，其中瀝青路面和屋頂溫度可高岀氣溫8°C17C-此時下墊層的熱量主要以湍流形式傳導(dǎo)，推動周圍大氣上升流動，形成"涌泉風(fēng)"，并使城區(qū)氣溫升高;在夜間城市下墊面層主要通過長波輻射,使近地面大氣層溫度上升。4. 能源稀缺：雖然能量是守恒的、不可能消滅的，但我們?nèi)匀灰?jié)約能源.因為自然界中能量的轉(zhuǎn)化過程具有一定的方向性，能成為能源的很少.例1（雙選）二氧化碳對長波輻射有強烈的吸收作用，行星表面發(fā)岀的長波輻射到大氣以后被二氧化碳截獲，最后使大氣增溫，大氣中的二氧化碳和暖房的玻璃一樣，只讓太.陽的熱輻射進(jìn)來，卻不讓室內(nèi)的長波熱輻射岀去，二氧化碳的這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)，這是目前科學(xué)界對地球氣候變暖進(jìn)行分析的一種觀.點，根據(jù)這種觀點，以下說法成立的是（）A. 在地球形成的早期，火山活動頻繁，排岀了大量的二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)時地球的氣溫彳艮高B. 二氧化碳是空氣的組成成分，人們可以放心大膽地使用煤、石油、天然氣等化石能源，不會對環(huán)境造成任何影響C. 由于工業(yè)的發(fā)展和人類的活動，導(dǎo)致二氧化碳在空氣中的含量增大，地球上的氣溫正在升高D. 氣候變暖的原因是工業(yè)用電和生活用電的急劇增加，地球上的氣溫正在升高解析：空氣中的二氧化碳?xì)怏w，可以讓太陽光熱輻射進(jìn)入地球大氣層，而會阻止地球自身的長波熱輻射離開地球，這樣會造成地球上的溫度升高，由此可知，A、C選項正確.答案：AC觸類旁通1. （雙選）能源短缺和環(huán)境惡化指的是（）A.煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺B.煤炭和石油資源是有限的，以今天開采和消耗的速度，石油儲量將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺C.煤炭和石油具有大量的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會聚存在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化D.大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時排岀的有害氣體污染空氣，改變了空氣成分使環(huán)境惡解析：能源短缺不是開采技術(shù)問題，而是存儲量少的問題，故A錯誤，B正確；環(huán)境污染主要是來源于燃料的燃燒產(chǎn)生大量的有害氣體污染空氣，故C錯誤，D正確。答案：BD知識點2能源的利用與開發(fā)新知探究情景一：2012年8月23日，廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、省財政廳聯(lián)合在湛江市召開太陽能光電建筑應(yīng)用示范項目一廣東粵電湛江生物質(zhì)電廠光伏發(fā)電項目驗收評估會。廣東粵電湛江生物質(zhì)電廠光伏發(fā)電項目是國家2011年度光電建筑應(yīng)用示范項目，該項目由廣東省粵電集團有限公司下屬子公司廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司投資建設(shè)，項目總裝機容量為1MW,總投資1710.35萬元。該項目建設(shè)選址位于遂溪白泥坡工業(yè)區(qū)，利用生物質(zhì)發(fā)電廠建筑群屋頂，安裝3582圖4-8-3圖4-8-3塊共7122平方米的多晶硅光伏板，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電力，再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為頻率、相位符合要求的正弦波電流并入工廠用電系統(tǒng)。情景二：黑龍江省2012年6月14日頒布黑龍江省氣候資源探測與保護條例，其中規(guī)定企業(yè)探測開發(fā)風(fēng)能及太陽能資源必須經(jīng)過氣象部門批準(zhǔn)，而且探測岀來的資源屬國家所有。這是我國首個規(guī)范氣候資源利用的地方法規(guī)。據(jù)黑龍江省人大法制工作委員會副主任王去奇介紹，近年來，黑龍江省一些企業(yè)隨意探測開發(fā)風(fēng)能、太陽能資源問題非常突岀，針對太陽能風(fēng)能發(fā)電圖4-8-4太陽能風(fēng)能發(fā)電圖4-8-4這一問題，黑龍江省在全國率先發(fā)布了黑龍江省氣候資源探測與保護條例，對企業(yè)開發(fā)探測風(fēng)能、太陽能資源進(jìn)行規(guī)范。按照黑龍江省氣候資源探測與保護條例規(guī)定，企業(yè)探測開發(fā)風(fēng)能及太陽能資源必須經(jīng)過氣象部門批準(zhǔn)，而且探測岀來的資源屬國家所有。重點歸納1. 能源的利用常嚴(yán)燃燒內(nèi)能？電熱器-電能規(guī)石油I能I天然氣J熱機源風(fēng)能_風(fēng)牛一機械能廣發(fā)電機一-水能一水輪機rj電動機一熱機地?zé)崮?核能一反應(yīng)堆一卜內(nèi)能太陽能一太陽灶一J光伏發(fā)電2. 未來的能源（1）節(jié)約能源，開發(fā)可替代煤、石油、天然氣等常規(guī)能源的新能源，研究清潔能源是緩解當(dāng)前能源危機及保護和改善人類環(huán)境的有效措施.（2）現(xiàn)在人類正致力于開發(fā)核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物能、海洋能、氫能等新能源?水能是可再生能源，可持續(xù)地利用它來發(fā)電，為人類提供“清潔”的能源，若一水力發(fā)電站水庫的平均流量為Qmhs落差為hm,發(fā)電效率為可，則全年發(fā)電量A是多少kW-h?（g2取10m/s）解：水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，且轉(zhuǎn)換效率為叩由能量守恒定律得該水電站發(fā)電功率為?=略=四半當(dāng)=io4Qhu則全年發(fā)電量為A=PT=104QhTix24x365W-h=8.76x104QhriWA.觸類旁通2. （單選）自行車、電動自行車、普通汽車消耗的能量分別是（）生物能核能電能太陽能化學(xué)能A.B.C.D.解析：自行車運行是通過人消耗生物能對自行車做功，生物能轉(zhuǎn)化為機械能；電動自行車是把電能轉(zhuǎn)化為機械能；普通汽車是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能開動的答案：B隨堂練習(xí)一、單項選擇題1. 下列能源中既屬于一次能源又屬于可再生能源的是（8）石油、水能、電能、太陽能B. 海洋能、風(fēng)能、太陽能C. 氫能、核能、生物能D. 水能、天然氣、太陽能2. 下列供熱方式最有利于保護環(huán)境的是（。）A. 用煤做燃料供熱B. 用石油做燃料供熱C. 用天然氣或煤氣做燃料供熱D. 用太希能供熱解析選項'/、BC的供熱方式中，燃燒放岀有害氣體3. 下列說法正確的是（C）.4.育憧的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移人有方向性B. 嫩在由和煤走時產(chǎn)生的二M/狎是澎成？酸雨？的主要原因c.燃燒石油和煤炭時產(chǎn)生的二氧？二誠是產(chǎn)生溫詼應(yīng).?的主要原因D.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒"；Y目然界不存71孟源危機4. 熱傳導(dǎo)的方向性是指（。）A.B.C.A.B.C.D.熱量只能從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能從低溫物體傳遞到高溫物體熱量只能從低溫物體傳遞到高溫物體，而不能從高溫物體傳遞到低溫物體熱量既可從高溫物體傳遞到低溫物體，又可以從低溫物體傳遞到高溫物體而不引起熱量會自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物解析：熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，若要熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,需要有外界做功.5. 下列關(guān)于能源的說法錯誤的是（C）A. 風(fēng)能的利用形式主要是以風(fēng)能作為動力來發(fā)電B. 核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢C. 太陽能電池將太陽能先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為電能，人造衛(wèi)星的電源都是太陽能電池D. 海洋能是一種蘊藏量極大的可再生能源二、雙項選擇題6. 下列能源中，屬于不污染環(huán)境且比較經(jīng)濟的新能源是（/Q）A.太陽能B.核能C. 天然氣D.地?zé)崮苷n后鞏固提升一、單項選擇題1. 下列燃料中不屬于化石燃料的是（3）4煤B.干柴C.石油D.天然氣2. 下列關(guān)于能源的開發(fā)和利用的說法正確的是（。）A. 能源利用的過程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的過程B. 要合理開發(fā)和節(jié)約使用核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等常?guī)能源C. 能源利用的過程，是一種形式的能向另一種形式的能轉(zhuǎn)化的過程D. 無論是節(jié)約能源還是開發(fā)能源，我國都要靠外國支援3. 關(guān)于節(jié)約能源，下面的說法中正確的是（C）A. 浪費能源，只是浪費個人的金錢，所以節(jié)約能源是毫無意義的B. 浪費能源，只是浪費個人的金錢，對整個社會和自然界來講，反正能量是守恒的，所以就社會而言，節(jié)約能源毫無意義C. 從能量轉(zhuǎn)化的角度看，自然界中宏觀過程是有方向性的，能源的利用受這種方向性的制約，且能源的利用過.程對環(huán)境有污染，所以節(jié)約能源對人類社會發(fā)展有很大的影響D. 上述說法都是錯誤的4. 下述做法能改善空氣質(zhì)量的是（B）A. 以煤等燃料作為主要的生活燃料B. 利用太陽能、風(fēng)能和氫能等能源替代化石能源C. 鼓勵私人購買和使用汽車代替公交車D. 限制使用電動車5. 風(fēng)能和水能是某種能的間接形式，這種能是（C）A. 核能B.電能C.太陽能D.地?zé)崮?. 一水電站的水流落差為20m,水流沖擊水輪發(fā)動機，水流能的20%轉(zhuǎn)化為電能.若發(fā)電機的功率為200左友，g取10%&,則每分鐘流下的水量是（/）A. 3x105AgB.1.5xl（）6松C.6xlO4AgD.6xl05?tg解析：由P=a嚴(yán)可知有m"h=3xl05kg.7. 石油是一種重要能源，人類正面臨著石油短缺、油價上漲的困難，以下解決能源問題的方法不當(dāng)?shù)氖?/)A.用木柴做燃料B. 用液氫替代汽油C.開發(fā)風(fēng)能D.開發(fā)地?zé)崮?. 在地球畝大氣層中，因二氧化碳的含量增加引起了溫室效應(yīng)，引起大氣層二氧化碳含量增加的主要原因是(B)A.太陽能的使用B. 煤、石油和天然氣的大量使用C.核能的使用D. 人口大量增長解析：地球大氣層中二氧化碳含量大量增加主要是因為含碳燃料的大量使用.太陽能是一種清潔能源，核能的使用對大氣沒有污染，人口大量增長是使能源消耗速度加快.二、雙項選擇題9. 下列說法中正確的是(BC)4.水能和風(fēng)能都是“不可再生能源”B.太陽能是一種清潔能源C. 沼氣是一種新能源D. 核能對環(huán)境污染比常規(guī)能源對環(huán)境污染大10. 關(guān)于能源，以下說法不正確的是(BC)4煤、石油、天然氣等燃料的最初來源都可追溯到太陽能B.柴草燃燒時釋放的能量是生物能C. 核能和地?zé)崮軄碜缘厍蜃陨鞤. 潮汐能來源于月球的引力做功三、非選擇題11. 一輛公共汽車載著30位乘客行駛了200饑，消耗汽油300Z.一個人騎自行車行駛1km平均消耗能量6.7x104/公共汽車載客每人每千米消耗的能量是自行車的多少倍？(每升汽油完全燃燒放出的熱量為3.4x107解：公共汽車行駛200km,消耗的能量為E=3OOx3.4xlO7J=l.O2xlO10J公共汽車載客每人每千米消耗的能量為日=嘉=喘裁，=睥。6,則公共汽車載客每人每千米消耗的能量和自行車消耗的能量的比值為n"=若*=25.4所以公共汽車載客每人每千米消耗的能量是自行車的25.4倍.12. 某風(fēng)力發(fā)電機葉輪面積為S,風(fēng)速為v,空氣密度為p,假設(shè)風(fēng)的動能全轉(zhuǎn)化為電能，求發(fā)電機的功率P.解：t時間內(nèi)風(fēng)通過風(fēng)葉輪的流量為m=pSvt風(fēng)的動能EA=Amv2=|pSv3t由題意P=a=wa=；ps".13. 水能是可再生資源，可持續(xù)地利用它來發(fā)電，為人類提供“.清潔”的能源，水電站是利用水的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能而推動水輪機，水輪機再帶動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能的.若某水電站的最大蓄水位h=175.0m平均年流量Q=4.51x10“米3/年，水的密度p=1.0X1032.求該水電站每年利用的最大水能.(g取10m/s)解：水電站將水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，一年內(nèi)可發(fā)電的水的勢能為E=pQgh都用于發(fā)電，因此可利用的水能為E=1.0xl03x4.51xl0nxl0x175.0J=7.89xl017J.世博軸陽光谷同時具有導(dǎo)光、通12.2010年上海世界博覽會是未來人類對能源利用的體現(xiàn)空氣和搜集雨水等功能，10月1日展示的中國主題館屋頂?shù)奶柲芄夥l(fā)電站，總裝機達(dá)2.8兆瓦，是目前世界上單體建筑中面積最大的太陽能屋面.已知上海年日照時為2014小時，若有60%時間能讓主題館光伏發(fā)電正常工作，那么一年能為火力發(fā)電節(jié)約多少煤？能減排多少二氧化碳？（已知火力發(fā)電每千瓦時要0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，燃燒每千克標(biāo)準(zhǔn)煤會釋放出3.67千克二氧化碳）解：光伏發(fā)電站的功率為P=2.8M=2.8xl（）3kW一年的有效工作時間為t=2014x60%=1208.4h有W=Pt=2.8xlO3"1208.43=3.38x106kW-h一年能節(jié)約的煤為m=Wx0.4Ag/伍礦打）=1.35x106kg減排二氧化碳量為Jm,=Jmx3.67=4.97xl06kg即每年能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.35千噸，減排二氧化碳4.97千噸.