《2018－2019學(xué)年高中物理 第三章 熱力學(xué)第一定律 第五節(jié) 能源與可持續(xù)發(fā)展講義（含解析）粵教版選修3-3.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018－2019學(xué)年高中物理 第三章 熱力學(xué)第一定律 第五節(jié) 能源與可持續(xù)發(fā)展講義（含解析）粵教版選修3-3.doc（8頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

能源與可持續(xù)發(fā)展 1．隨著社會(huì)的發(fā)展，能源消耗使自然資源銳減，且使許多環(huán)境因素改變，能源和環(huán)境是人類面臨的兩大問題。 2．常規(guī)能源——煤、石油、天然氣的使用使大氣中的污染物質(zhì)超出正常含量， 引起空氣質(zhì)量惡化，危害生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生的主要危害有“光化學(xué)煙霧”、溫室效應(yīng)和酸雨。 3．溫室效應(yīng)是人類過多地排放二氧化碳，干擾了地球的熱量平衡造成全球變暖，它會(huì)引起海平面上升、氣候變化和疾病增多?？刂频膶?duì)策首先是通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，控制二氧化碳的排放量，具體措施是：提高能源利用率和開發(fā)新能源。 4．酸雨是人為排放的二氧化硫和氮氧化合物在降水過程中溶入雨水形成的，它的危害極大，會(huì)影響人的健康、危害生態(tài)系統(tǒng)，使土壤酸化和貧瘠，腐蝕建筑物和藝術(shù)品等。 5．因?yàn)樽匀唤缰械暮暧^過程具有方向性，因此能量在轉(zhuǎn)化過程中，能量的可利用程度是逐漸降低的，即產(chǎn)生能量降退現(xiàn)象，常規(guī)能源都是不可再生能源，并且地球上的能源儲(chǔ)量有限，所以人類應(yīng)節(jié)約能源。 能源與環(huán)境 1．常規(guī)能源 煤、石油、天然氣。 2．常規(guī)能源對(duì)環(huán)境的影響 (1)光化學(xué)煙霧： 排入大氣中的污染物在太陽紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)效應(yīng)，形成一種毒性很大的二次污染物“光化學(xué)煙霧”。 (2)溫室效應(yīng)： ①形成原因：溫室效應(yīng)是人類過多地排放二氧化碳，干擾了地球的熱量平衡造成的。 ②產(chǎn)生的危害：溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致全球變暖，海平面上升，氣候變化，疾病增多等。 ③控制對(duì)策： 調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，控制二氧化碳的過量排放，具體實(shí)施可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一是提高能源利用率，如改進(jìn)設(shè)備、技術(shù)，建立節(jié)約能源的消費(fèi)觀等；二是開發(fā)新能源，如多使用核能、水能、太陽能、風(fēng)能等。 (3)酸雨： ①含義：天然降水的pH值小于5.6的降水。 ②產(chǎn)生原因：人為排放的二氧化硫和氮氧化合物在降水過程中溶入雨水形成的，污染物主要來自燃燒含硫的煤炭及機(jī)動(dòng)車排放的廢氣。 ③產(chǎn)生的危害：酸雨影響人的健康，危害生態(tài)系統(tǒng)，使土壤酸化和貧瘠，腐蝕建筑和藝術(shù)品等。 ④防治措施：a.健全法規(guī)，強(qiáng)化管理，控制排放；b.發(fā)展清潔煤技術(shù)，減少燃料過程SO2的排放；c.通過改造發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝汽車尾氣凈化氣，用無鉛汽油代替含鉛汽油等手段，控制汽車尾氣的排放。 3．能源的分類 能源分類方法 能源分類名稱 特點(diǎn) 舉例 按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分 一次能源 自然形成，未經(jīng)加工 太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四?、潮汐? 二次能源 由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能 按利用技術(shù)分 常規(guī)能源 已大規(guī)模正常使用 煤、石油、天然氣、水能 新能源 正在開發(fā)，或有新的利用方式 太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能 按可否再生分 可再生能源 可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充 水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮? 不可再生能源 短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得 煤、石油、天然氣、核燃料 按對(duì)環(huán)境污染情況分 清潔能源 對(duì)環(huán)境基本上沒有污染 太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能 污染能源 會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境 化石燃料(煤、石油、天然氣) (1)同一能源按不同的分類方法有不同的名稱。 (2)新能源與常規(guī)能源相比，具有取之不盡、用之不竭且不會(huì)污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。 1．下列供熱方式最有利于環(huán)境保護(hù)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．用太陽能灶供熱 解析：選D　煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內(nèi)能。但由于這些燃料中含有雜質(zhì)以及燃燒的不充分，使得廢氣中含粉塵、一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)污染了大氣，而太陽能是一種無污染的能源，應(yīng)大力推廣，故答案應(yīng)選D。 能量降退與節(jié)約能源 1．能量降退 (1)概念：能量可利用程度降低的現(xiàn)象。 (2)對(duì)能量降退的理解 ①由于自然界中的宏觀過程的方向性，使能量在轉(zhuǎn)化過程中，可利用程度逐漸降低。 ②內(nèi)燃機(jī)不可能把燃料燃燒釋放的內(nèi)能全部用來對(duì)外做功，總有散失到環(huán)境中的能量，這些能量很難重新利用，可利用程度很低，若用內(nèi)燃機(jī)輸出的機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，又有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的內(nèi)能，發(fā)電機(jī)溫度升高，把這些內(nèi)能散失到周圍空間，這些彌散的能量可利用程度也很低，由此看來，能量的可利用程度是逐漸降低的。 2．節(jié)約能源的原因 (1)煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源都是不可再生能源，都存在能量降退的現(xiàn)象。 (2)隨著生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，能源的消耗急劇增長。 (3)地球上的石油、煤炭等能源儲(chǔ)藏量有限，能源需求的成倍增長與常規(guī)能源的有限性的矛盾將不斷引起能源危機(jī)。 (1)能量降退并不是能量越來越少，能量仍然是守恒的，只是可利用的能量逐漸降低。 (2)能量是守恒的，不會(huì)減少，但能源是有限的，因此要節(jié)約能源。 2．關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是(　　) A．在能源利用的過程中，能量在數(shù)量上并未減少 B．由于自然界中總的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源 C．能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中不斷減少 D．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造 解析：選A　根據(jù)能量守恒定律可知，在能源使用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，故A正確、C錯(cuò)誤；雖然總能量不會(huì)減小，但是由于能量的品質(zhì)降低，無法再應(yīng)用，故還需要節(jié)約能源，故B錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒可知，能量不會(huì)被創(chuàng)造，也不會(huì)被消滅，故D錯(cuò)誤。 能源的利用與人類環(huán)境 [例1]　PM2.5主要來自化石燃料、生物質(zhì)、垃圾的焚燒，為了控制污染，要求我們節(jié)約及高效利用能源。關(guān)于能源和能量，下列說法中正確的是(　　) A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人類永久使用 B．人類應(yīng)多開發(fā)與利用太陽能、風(fēng)能等新能源 C．能量被使用后就消滅了，所以要節(jié)約能源 D．能量耗散說明自然界的能量在不斷減少 [解析]　煤、石油雖然是當(dāng)今人類利用的主要能源，但不能短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，是不可再生能源，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽能和風(fēng)能，包括水能等都是可再生能源且為清潔能源，應(yīng)該盡量開發(fā)與利用，選項(xiàng)B正確；能量雖然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要節(jié)約能源，但能量是不會(huì)減少的，也不會(huì)被消滅掉，只是形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 [答案]　B 借　題 發(fā)　揮 判斷這類問題要注意以下兩點(diǎn)： (1)大氣污染的主要原因是常規(guī)能源的使用。 (2)記憶大氣污染對(duì)氣候和生態(tài)環(huán)境影響最突出的溫室效應(yīng)和酸雨的形成原因及造成的危害。 新能源的開發(fā)和利用 [例2]　氫作為一種清潔能源，正日益受到各國的重視．許多汽車廠商正努力研究用氫作為燃料來取代汽油，生產(chǎn)21世紀(jì)的“環(huán)?！逼?。設(shè)有一種燃?xì)淦嚕Ｈ紵龝r(shí)的耗氫量為1.2 kg/h，并且在0.01105 Pa的壓強(qiáng)下燃燒，氫的燃燒熱值為285.8 kJ/mol，則： (1)以氫氣為燃料的汽車與目前以汽油為燃料的汽車相比有哪些優(yōu)點(diǎn)； (2)若燃燒后內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為50%，這輛汽車受到的阻力為1 000 N，問這輛汽車的最大速度為多大？ [解析]　(1)氫氣汽車以H2為燃料，生成物為H2O，因此無污染。H2燃燒釋放的熱量值高，使汽車的功率增大。 (2)1.2 kg氫氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量為 Q＝285.8 kJ/mol＝1.7 108 J 汽車的功率P＝，當(dāng)F＝f＝1 000 N時(shí)，汽車達(dá)到最大速度，又P＝Fvm則 vm＝＝＝ m/s＝23.6 m/s。 [答案]　(1)見解析　(2)23.6 m/s 借題 發(fā)揮 　　新能源的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無污染，解題應(yīng)明確新能源在使用過程中仍遵守能量守恒定律。 1．某城市人口密度大，汽車等交通工具向?qū)α鲗哟罅颗欧盘細(xì)浠衔?、氮氧化合物等有害物質(zhì)，最有可能發(fā)生的是(　　) A．酸雨　　　　　　　　　 B. 臭氧層空洞 C．光化學(xué)煙霧 D．溫室效應(yīng) 解析：選C　氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵惺艿疥柟庵袕?qiáng)烈的紫外線照射后產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——化學(xué)煙霧，故選C。 2．煤、石油、天然氣和生物質(zhì)能資源的能量形成和轉(zhuǎn)換利用過程基本上是(　　) A．太陽能輻射→化學(xué)能→熱能 B．太陽能輻射→機(jī)械能→電能 C．生物質(zhì)能→電能→化學(xué)能→熱能 D．太陽能輻射→機(jī)械能→化學(xué)能 解析：選A　太陽能輻射轉(zhuǎn)化成了煤、石油、天然氣等的化學(xué)能，在對(duì)這些能源利用的過程中，又把它們的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，故選A。 3.“能源分類的相關(guān)圖”如圖所示，四組能源選項(xiàng)中全部符合圖中陰影部分能源的是(　　) A．煤炭、石油、天然氣 B．水能、生物質(zhì)能、天然氣 C．太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能 D．地?zé)崮?、海洋能、核? 解析：選C　由能源的分類及各能源的特點(diǎn)，三種不同分類方法中的公共部分為太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能，故C項(xiàng)正確。 4．[多選]下面關(guān)于熱機(jī)的說法中，正確的是(　　) A．熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 B．熱機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置 C．只要對(duì)熱機(jī)不斷的革新，它可以把氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D．即使沒有漏氣，也沒有摩擦等能量損失，內(nèi)燃機(jī)也不能將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 解析：選AD　熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，A正確，B錯(cuò)誤；工作過程中一定有一部分內(nèi)能排放給低溫物體(冷凝器或大氣)，即不能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C錯(cuò)誤， D正確。 5．下列哪些現(xiàn)象屬于能量降退(　　) A．電能通過電燈的電阻絲變?yōu)楣饽? B．利用水流發(fā)電變成電能 C．火爐生火把房間烤暖 D．電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 解析：選C　A、B、D選項(xiàng)的能量轉(zhuǎn)化利用程度很高?；馉t生火取暖的過程中，有一部分內(nèi)能以熱量的形式傳給周圍的空氣，變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，這些能量可利用程度降低，即能量降退，C正確。 6．[多選]CO2有個(gè)“怪脾氣”，它幾乎不吸收太陽的短波輻射，大氣中CO2濃度增加能使地表溫度因受太陽的輻射而上升；另外，它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用，阻礙了地球周圍的熱量向外層空間排放，使整個(gè)地球就像一個(gè)大溫室，因此，大氣中的CO2濃度增加能使地表溫度逐漸上升，全球氣候變暖。為緩解大氣中的CO2濃度增加，可以采取的措施有(　　) A．禁止使用煤、石油、天燃?xì)? B．開發(fā)使用核能、太陽能 C．將汽車燃料由汽油改為液化石油氣 D．植樹種草 解析：選BD　現(xiàn)階段人類還必須使用一定量的煤、石油、天然氣，它們能提供大量的內(nèi)能，A錯(cuò)誤；減少大氣中CO2濃度可多利用不產(chǎn)生CO2的能源，如核能、太陽能，也可讓植物進(jìn)行光合作用多吸收CO2，B、D正確，液化石油氣燃燒也會(huì)產(chǎn)生CO2，C錯(cuò)誤。 7．酸雨對(duì)植物的正常生長影響很大，為了減少酸雨的影響，應(yīng)采取的措施是(　　) ①少用煤當(dāng)燃料　②燃料脫硫?、墼谝呀?jīng)酸化的土壤中加石灰?、芏喾N植美人蕉、銀杏等植物　⑤開發(fā)新能源 ⑥多種植法國梧桐、檸檬等植物 A．①②④⑤ B．①②⑤⑥ C．①②③④⑤ D．①②③⑤⑥ 解析：選A　酸雨主要是由煤、石油等燃料尤其是煤燃燒所釋放的SO2和氮氧化物在降水過程中溶入雨水形成的。因而為減少酸雨的影響，少燒煤和燃料脫硫是有效的方法；開發(fā)新能源也是減少煤使用量的方法；另外美人蕉和銀杏對(duì)SO2有較強(qiáng)的吸收能力，所以①②④⑤正確，應(yīng)選A。 8．柴油機(jī)使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞做功，氣體的內(nèi)能又轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能。燃燒相同的燃料，輸出的機(jī)械能越多，表明柴油機(jī)越節(jié)能。是否節(jié)能，是衡量機(jī)器性能好壞的重要指標(biāo)。有經(jīng)驗(yàn)的柴油機(jī)維修師傅，不用任何儀器，只要將手伸到柴油機(jī)排氣管附近，去感知一下尾氣的溫度，就能夠判斷出這臺(tái)柴油機(jī)是否節(jié)能，真是“行家伸伸手，就知有沒有”，關(guān)于尾氣的溫度跟柴油機(jī)是否節(jié)能之間的關(guān)系，你認(rèn)為正確的是(　　) A．尾氣的溫度越高，柴油機(jī)越節(jié)能 B．尾氣的溫度越低，柴油機(jī)越節(jié)能 C．尾氣的溫度高低與柴油機(jī)是否節(jié)能無關(guān) D．以上說法均不正確 解析：選B　氣體的內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的機(jī)械能，柴油機(jī)使柴油燃料在它的汽缸中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，是一個(gè)高溫?zé)嵩矗欢裼蜋C(jī)排氣管排出的尾氣是一個(gè)低溫?zé)嵩?。根?jù)能量守恒，這兩個(gè)熱源之間的能量差就是轉(zhuǎn)換的機(jī)械能，燃燒相同的燃料，要想輸出的機(jī)械能越多，尾氣的溫度就要越低。故B正確。 9．某地強(qiáng)風(fēng)速度為14 m/s，設(shè)空氣密度為ρ＝1.3 kg/m3，通過橫截面積為400 m2的風(fēng)全部使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)能有20%轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電的功率為多大？(取2位有效數(shù)字) 解析：在t時(shí)間強(qiáng)風(fēng)作用于發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)獲得的動(dòng)能Ek＝mv2 發(fā)電的功率P＝η ＝ηmv2/t ＝ηρSvtv2/t ＝0.20.51.3400143 W ＝1.4105 W。 答案：1.4105 W 10．某市有20萬臺(tái)空調(diào)機(jī)，每臺(tái)空調(diào)機(jī)在夏季平均使用60天，每天耗電8 kWh。為了節(jié)約能源，該市政府建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1℃，這樣每臺(tái)空調(diào)機(jī)每天可節(jié)省6%的電能。那么這樣做能使該市節(jié)省多少電能？已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值是2.92107 J/kg。發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%。請計(jì)算一下，這項(xiàng)節(jié)能建議的實(shí)現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤？ 解析：設(shè)可節(jié)省的電能為E，則 E＝86%6020104 kWh ＝5.76106 kWh ≈2.11013 J 設(shè)可為后輩多留標(biāo)準(zhǔn)煤為m噸， 則由能量守恒定律有2.92107m10330%＝E 解得m≈2.4103 t。 答案：2.11013J　2.4103 t 11．太陽每年輻射到地球上的能量可達(dá)1018 kWh。 (1)如果太陽輻射到地球上的能量全部用來推動(dòng)熱機(jī)發(fā)電，能否每年發(fā)出1018度電？ (2)試估算太陽每年釋放出的能量。(地球到太陽的距離r＝1.51011 m，地球的半徑R＝6.4106 m) 解析：(1)若用到達(dá)地球的能量推動(dòng)熱機(jī)發(fā)電，由熱力學(xué)第二定律可知，發(fā)電量必小于1018度。 (2)太陽向四面八方輻射能量，地球僅是“四面八方”中的一個(gè)“小元”，地球到太陽的距離為r＝1.51011 m，地球的半徑為R＝6.4106 m，所以太陽輻射的總能量為 Q＝q＝q＝1018 kWh ≈2.21027 kWh。 答案：(1)不能　(2)2.21027 kWh