高中物理能源与可持续发展能源利用与环境污染能源开发与环境保护节约能源、保护资源与可持续发展教师用书沪

5．1 能源利用与环境污染

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

学习目标知识脉络

1.了解能源的分类、利用情况及对环境

的污染．

2．知道能源开发和利用带来的问题及应

该采取的对策．(重点)

3．培养具有可持续发展的责任感和节约

能源的意识．(重点)

能源利用与环境污染

[先填空]

1．能源及其分类

(1)能源：是指能够提供可利用能量的物质．

(2)人类利用能源的历史大致经历了柴薪、煤炭、石油三个时期．

(3)分类：

2．能源利用状况

(1)标准煤：为了把各种燃料从含能量的角度统一起来而引入的一个概念，1 kg标准煤的热值为2.92×107 J.

1 t原煤＝0.714 t标准煤，

1 t原油＝

1.43 t标准煤．

1000 m3天然气＝1.33 t标准煤．

(2)我国能源利用状况：能源总量约为4×1012t标准煤，各种能源丰富，但人均能源资源占有量不及世界平均水平的一半，人均能源资源相对不足．

3．人类生存环境及其污染

(1)各种污染的种类有大气污染、水污染、生活垃圾污染、环境噪声污染、光污染、电磁污染、“白色污染”等．

(2)大气污染导致了温室效应，引起了如今的全球气候变暖；水污染导致了酸雨的增多，我国受酸雨危害的面积已超过国土面积的1/3.

(3)温室效应：大气中二氧化碳含量增加导致气温升高的现象．

(4)酸雨：大气中的二氧化硫和氮氧化合物在高空遇到水蒸汽，变成硫酸和硝酸雾，随同雨雪降落，形成pH小于5.5的酸性雨或雪，统称为酸雨．

[再判断]

1．地球上的能源都直接或间接来自于太阳能．(√)

2．只有有生命的动植物才具有生物质能．(×)

3．能源是人类生存和发展的基础．(√)

[后思考]

自然界中的能量是守恒的，没有必要节约能源和开发新能源，这种认识是否正确？

【提示】虽然自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散会导致能量的品质下降，高品质的能量转化为低品质的能量，世界上的常规能源是有限的，为了人类的可持续发展必须要节约能源，同时要开发新能源．

能源的分类及特点

能源分类方法能源分类名称特点举例

按形式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、液化气、

酒精、汽油、电能

按利用常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水

技术分能

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

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

能

按对环境

污染情况分

清洁能源对环境基本没有污染

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)

1．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

E．煤、石油、天然气是不可再生能源

【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，选项A 对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水是可再生能源，选项C对；煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错，E对．【答案】ACE

2．能源可划分为一次能源和二次能源．自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源．下列叙述正确的是( ) 【导学号：35500048】

A．水能是二次能源B．电能是二次能源

C．天然气是一次能源 D．焦炉气是一次能源

E．焦炭是二次能源

【解析】由题意可知水能和天然气是自然界中已经存在的，是一次能源．电能是由其他形式的能转化的，焦炉气是炼油厂产生的副产品，焦炭是利用烟煤冶炼制成的，故它们是二次能源，故应选B、C、E.

【答案】BCE

3．(多选)下列属于一次能源的是( )

A．太阳能 B．焦炭

C．核能 D．汽油

E．地热能

【解析】一次能源是自然形成，未经加工的，因此B、D错误，选A、C、E.

【答案】ACE

能量与能源的区别

1．能量是守恒的，既不会增加也不会减少．

2．能源是可以提供可利用能量的物质，能源的利用过程存在能量耗散现象，能量耗散使得能量品质下降即能源减少，故我们要节约能源．

能源开发与环境保护

[先填空]

1．能源危机和开发新能源

(1)中国能源资源的现状：人均能源占有量偏低；优质能源资源严重短缺，能源结构不合理；相当长时间内还得以煤为主要能源．

(2)研究和开发新的能源资源，是人类当前面临的重大任务．研究表明，对核能和氢能的开发有重大的价值，它们有可能在未来替代石油，成为人类的第四代能源．

(3)可再生能源技术的发展：可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水能、海洋能、地热能等，它们的共同特点是储量大、清洁、可再生．

(4)提高能源利用效率的方法：开发能量转换新技术、煤的洁净利用技术、先进的发电技术．

2．环境污染和环境保护

(1)当前迫切需要解决的环境问题有城市生活垃圾问题、汽车尾气污染问题、环境污染的综合治理问题．

(2)为保护淡水资源，我们要做到一、节约用水，一水多用；二、少用化学合成剂；三、收集利用雨水．

(3)为保护土地，我们处理垃圾时要做到减少浪费、物尽其用、废物回收．

3．节约资源与可持续性发展

(1)为保证经济可持续发展，在开发利用能源时，要做好环境保护工作；在使用能源时，要千方百计地节约能源，提高能源利用效率．

(2)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、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．

③两类生态系统——陆地生态系统与水生生态系统．

④多样景观资源，如山势、水流、本土动植物种类、自然与文化历史遗迹等．

[再判断]

1．能量是守恒的，既不会增加，也不会减少．(√)

2．常规能源的利用会引起环境问题，所以我们不应利用常规能源．(×)

3．用太阳能灶供热有利于环境保护．(√)

[后思考]

如图5-1-1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．

图5-1-1

【提示】由图中的浓烟滚滚，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．

1．常规能源对环境的影响

石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升、海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是自然对人类的报复．

如温室效应的成因、危害及改善措施：

成因：温室效应是由于大气里温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的．

危害：温室效应会导致全球变暖，海平面上升，气候变化，疾病增多等．

改善措施：调整能源结构，控制二氧化碳的过量排放．具体实施时可以从以下两方面进行：一是提高能源利用率，如改进设备、技术，树立节约能源消费观等；二是开发新能源，如多使用核能、水能、太阳能、风能等．

2．新能源的开发

(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，主要问题是只有白天工作，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，可以开发梯级电站．

(3)核能：是一个巨大的能源，通过原子反应堆进行核发电，主要应注意防止核泄漏、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．

当前我国的几大能源工程：

①“西气东输”；

②“南水北调”；

③“西电东送”；

④“热电联产”．

⑤长江三峡水利枢纽工程，每年提供8.47×1011kW·h的电能．

3．做好环境保护工作

目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等污染问题，要变废为宝．

4．下面关于能源的说法中正确的是( )

【导学号：35500049】

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污染比燃烧石油、煤炭大

E．用太阳能供热有利于环境的保护

【解析】常规能源的储量有限，且不可再生，故A错误，B正确；常规能源特别是煤和石油对环境的污染很大，应努力开发新能源；核能属新能源且污染小，故C、E正确，D 错误．

【答案】BCE

5．能源问题是当前的热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完毕，同时在使用过程中也会带来污染，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．

图5-1-2表示的是利用潮汐发电的简单示意图，左方为陆地和海湾，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5-1-2甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图5-1-2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5-1-2丙所示．设海湾面积为5.0×107

m 2

，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MW.(g 取10 m/s 2

)

图5-1-2

【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 ＝1.0×103

×5.0×107

×3×10 N＝1.5×1012

N.

其重心高度变化为h ′＝1.5 m. 每次落潮海水重力势能的减少量

ΔE p ＝mgh ′＝1.5×1012

×1.5 J＝2.25×1012

J. 一天内水流做功的功率

P ＝4ΔE p t ＝4×2.25×101224×3 600 W≈1.0×108

W ＝100 MW.

【答案】 100

解决能源危机的措施

(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源．

(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行．