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第17章 能源与可持续发展-学案 【中考透视】 能源问题在以往的中考命题中不是必考的内容，但新课程标准要求掌握知识的面更广，而且环境和能源问题又是当今社会的热点问题之一，国家实验区命题中常常涉及能源问题的考查，只是对核能这一知识点考查的要求不很高，主要考查技能，如能源种类的划分和核能、太阳能的利用等题型以选择题和填空题为主，试题的难度较低，分值约占23 【知识网络图示】 能源：凡是为人类提供能量的物质资源都叫做能源按生成年代能源家族 化石能源 生物质能分类按获得途径 一次能源 二次能源能源与可持续发展按再生与否 不可再生能源 可再生能源 原子与原子核核能 定义：原子核分裂或聚合时释放出的惊人能量 核能与内能不同 定义：把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应叫做裂变裂变 链式反应：用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核于是就导核能致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是链式反应聚变 定义：核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程 聚变比裂变释放更多的核能 聚变的优越性 聚变材料氘核的来源丰富 通过可控制聚变来利用核能，有望彻底解决能源问题 可控制核裂变反应堆裂变和聚变的应用 不加控制核裂变原子弹 可控制核聚变第三代新能源 不加控制核聚变氢弹太阳能 太阳中轻核聚变辐射的核能 辐射方式：光和热 生物质能来自于太阳能太阳能 太阳能的价值 化石能源来自于太阳能 几乎所有可利用的能源都来自 风能、水能来自于太阳能 于太阳能间接利用 利用生物质能、风能、水能太阳能的利用 利用化石能源直接利用 用集热器把水等物质加热 利用太阳电池把太阳能转化成电能 起始钻木取火 主要能源柴薪能源第一次能源革命 持续时间1万年可持续性 过度依赖水土流失和沙漠化能源与可持续发展 适当利用可再生 贡献积累了悠久的人类文明 起始蒸汽机的发明能源革命 主要能源化石能源第二次能源革命可持续性 持续时间200多年 空气污染、温室效应、环境破坏 化石能源采掘殆尽 贡献推进现代文明高度发展第三次能源革命 以核能为代表 能大规模替代目前的常规能源石油、煤炭、天然气 21世纪的能源趋势：能源需求量剧增，化石能源可能枯竭 空气污染能耗对环境影响 废物能源与可持续发展 有害辐射 水土流失来源:z,zs, 足够丰富未来理想能源的四个条件 足够便宜 技术成熟 足够安全，清洁 【名师解读】 一、知识性专题 专题1 能源的分类 例1 在水、面粉、石油、铁块、天然气、牛肉等物质中，属于能源的物质是 ，属于化石能源的是 ，属于生物质能的是 分析 凡是能够提供能量的物质资源，都属于能源，所以都是能源物质通常情况下铁块不能提供能量，所以不是能源煤、石油和天然气是古代的动植物经过漫长的地质年代形成的，属于化石能源面粉、牛肉中存贮有供给人类生命活动需要的化学能，属于生物质能 答案： 例2 下列能源中既属于一次能源又属于可再生能源的是 ( ) A太阳能 B核能 C石油 D天然气 分析 石油、天然气属于化石能源，是古代的动植物经历漫长的地质变迁形成的，无法在短期内得到大量的补充，所以它们是不可再生能源核能是一次能源，但属于不可再生能源太阳能可以源源不断地获得，属于可再生能源，又是一次能源故正确答案为A 例3 下列各种能源中，均为不可再生能源的是 ( ) A煤、石油、天然气 B太阳能、地热能、风能 C电能、地热能、风能 D核能、水能、生物质能 分析 地热能、水能、风能和太阳能都是可再生的，煤、天然气、石油、核能都属于不可再生能源故正确答案为A 专题2 太阳能的利用例4 自从发明了硅光电池以来，人们一直在思考建立太空太阳能电站的问题，在一些科学家的想象中，太空太阳能电站类似于一颗处在赤道上空与地球相对静止的卫星，上面安装大容量的太阳电池，如图1739所示 (1)简述你所知道的太阳能应用的两个实例 (2)说出开发和利用太阳能的两个优点。 (3)按照你的想象，太空太阳能电站要将电能传到地球可采用什么方式?分析 我们所知道的太阳能应用的实例有：植物通过光合作用，把太阳能转化为化学能；太阳能热水器、太阳灶，把太阳能转化为内能；大阳电池，把太阳能转化为电能等关于来源:中教网开发和利用太阳能的优点有很多，例如：太阳能十分巨大，仅1 h到达地球的大阳能，就比目前全世界一年能源生产的总量还多；大阳能供应时间长久，太阳能这个巨大核能火种，已经“燃烧”了50亿年，再过50亿年它才会燃尽自己的核燃料，对于人类来说，可以说是取之不尽、用之不竭的能源；太阳能分布广，获取方便，处处可利用，既无需挖掘开采，又无需运输；太阳能清洁、安全，不会给环境带来污染等如果在太空建成大空大阳能电站，要将电能传到地球可采用微波、激光等方式 答案：(1)植物的光合作用；太阳能热水器、太阳灶 (2)取之不尽、用之不竭；节省地球资源 (3)微波(或激光等) 例5 目前人们直接利用太阳能的方式有两种：其一是把太阳能转化为内能，如 ；其二是把太阳能转化为电能，如 分析 把太阳能转化为内能的装置有太阳能热水器、大阳灶等；把太阳能转化为电能的装置有太阳电池 答案：太阳能热水器(太阳灶) 太阳电池 例6 深圳商报2004年3月11日报道：近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东交民巷，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里这种能量转化和储存的方式是 ( ) A太阳能转化为内能，再转化为电能 B太阳能转化为电能，再转化为化学能 C太阳能转化为内能，再转化为化学能 D太阳能转化为电能，再转化为光能 分析 太阳能电池板把它接收到的太阳能转化为电能加以利用，多余的电能再转化为化学能储存在蓄电池里故正确答案为B 例7 人们常说，太阳是人类的“能源之母”，从能源能否可以短期内从自然界中得到补充角度看，太阳能属于 能源(填“可再生”或“不可再生”)；在石油、天然气、煤、核能中，不是间接来自太阳能的是 分析 太阳能可以从自然界中源源不断地得到补充，属于可再生能源；石油、天然气、煤都是千百万年前埋在地下的动植物，经过漫长的地质年代形成的，而植物的能量来源于光合作用，动物靠植物提供能量，所以它们都是太阳能转化而来，因此它们间接来自大阳能；核能是由于原子核分裂或聚合释放出的巨大的能量，它不是间接来自太阳能 答案：可再生 核能 专题3 能源消耗对人类生存环境的影响 例8 随着“西气东输”，天然气进入扬州市民家庭，小明家已经开始使用天然气了，小明家原来就有个电磁炉，小明想：究竟使用哪种能源更划算呢?小明开始做实验并收集有关数据： (1)小明在水壶里放入5000 cm3，20的水，记录下当时的气量表的示数是 13473 m3，随后点火并将火调至最大烧水，开始同步计时，当水烧至沸腾时，气量表的读数为13487 m3，需时24 min小明查到天然气的热值约为40107Jm3，单价 22元m3烧开这壶水，水需要吸收多少热量?小明家天然气炉具的效率是多少? 在1标准大气压的条件下来源:，c水42103J(kg) (2)小明又取相同的水在电磁炉上加热，使用功率为1000 W档正常工作，将水加热至沸腾，需时30 min扬州的电费价格为05元度使用电磁炉烧开这壶水，需消耗多少来源:中教网电能?花费多少电费? (3)你建议小明家使用哪种能源?请说明2点理由 解：(1)mV1 gcm35000 cm35000 g5 kg Q吸cm(tt0)42103J(kg)5 kg(10020)168106J Q放40107Jm3(13487 m313473 m3)56106J Q吸Q放0330 (2)消耗的电能WPt1 kW05 h05 kWh，花费的电费05度05元度025元 (3)建议使用电磁炉电磁炉效率Q吸W9330天然气费用(13487 m313473 m3)22元m3031元025元，使用天然气会放出二氧化碳等气体，使用电能比较清洁 二、规律方法专题 专题4 示意图说明法 【专题解读】 有些事物的关系抽象而又复杂，仅用文字说明还不能明白，就需要附上示意图，或按比例精确绘制图表来表示，这就是示意图说明法本章在分析核裂变和核聚变时用到了示意图说明法 例9 如图1740所示是释放核能的两种方式，请回答下列问题： (1)如图甲所示是 反应，这是 变的原理，若不能人为控制，是制造 弹的原理 (2)如图乙所示是 变的示意图，若不能人为控制，是制造 弹的原理 分析 发生裂变反应时，会产生许多中子，导致一系列铀核持续裂变，并释放出核能。发生聚变反应时，较轻的核结合成较重的核也释放出巨大的能量 答案：(1)链式 裂 原子 (2)聚 氢 专题5 实验探究法 【专题解读】 本章的实验探究主要是针对“绿色环保”能源的利用方法，环保和节能程度的比较，新型能源开发的可行性等，一方面是提高实验探究能力，另一方面是提高环保意识和开发新能源的兴趣 例10 太阳能是人类能源的宝库太阳能集热器是直接利用太阳能的一种装置，它可以利用太阳能把水加热太阳能集热器主要由集热板和贮水器两部分组成，如图1741所示 (1)贮水器总比集热板的位置高请你猜想这样做的原因 (2)利用相关知识说明并用实验验证你的猜想答案：(1)水在集热板中被加热后，温度升高，热水上升，冷水下降，以便集热板对冷水继续加热(2)说明：水在4时密度最大，水温上升其密度减小，向上流动，冷水密度大向下流动，形成对流，保持集热板中的水温较低，以利于对水继续加热 实验验证举例：将一桶(或盆)水(要有一定深度)放在太阳光下晒一段时间，用手测试来源:中。教。网z。z。s。tep上层和底部的水温，则上层的水温高于底部的，证明热水浮在上层取一烧杯冷水，用酒精灯加热烧杯底部，底部水温升高后热水上升，上层的低温水下降，能观察到水形成的对流【解题策略】 针对要解决的问题，大胆提出猜想，再设计实验进行验证，这也是来源:中.国教.育出.版网科学研究的一般方法【沙场点兵】 一、选择题 1我国目前使用的能源中，所占比重较大的是 ( ) A水能和核能 B煤和地热能 C煤和石油 D太阳能 2，自然界中有些能源一旦消耗就很难再生，因此我们要节约能源在下列能源中，属于不可再生能源的是 ( ) A风能 B水能 C太阳能 D石油 3我国提出要建设“资源节约型、环境友好型”社会，“安全、清洁”是今后能源开发和利用的方向下列能源最符合这一要求的是 ( ) A石油 B太阳能 C煤炭 D核能 4关于太阳能的利用，下列说法中正确的是 ( ) A对人类来说，太阳能几乎可以说是取之不尽、用之不竭的永久性能源 B太阳电池可以将太阳能转化为光能 C风能电站是直接利用太阳能的一个例子 D太阳能热水器将太阳能转化为电能再将水加热 5节约能源的有效措施是 A采用新技术更新改造落后的设备 B大量利用太阳能 C大量开采使用煤和天然气 D大力开发新能源 6太阳内部进行着大规模的核反应是 ( ) A核裂变 B核聚变 C核聚变和核裂变 D无法确定 7永久性地解决人类对能源需求的根本方法是 ( ) A充分利用地球上的能源 B尽量节约能源 C提高能源利用率 D依靠科学技术，不断开发新能源 8有这样一句顺口溜反映了近几十年来我国河流的水污染日趋严重：“七十年代，淘米做菜，八十年代，浇花灌溉，九十年代，鱼虾绝代”，提高环保意识，防止环境污染是每一个公民的责任下列有关说法中正确的是 ( ) A利用工业废水直接浇灌农田，可以节约用水 B洗衣服时尽可能使用污染小的无磷洗衣粉 C将废旧干电池统一收集，集中填埋 D将城市的生活垃圾回收后在郊区焚烧 9长江三峡大坝于2006年5月20日全线建成三峡库区每年将为我国提供850亿来源:千瓦时清洁、廉价、可再生的水资源三峡工程的意义还在于 减少温室气体的排放 提高防洪能力 节约煤和石油资源 防止地震的发生 ( ) A B C D 10发展经济和保护环境是当前经济建设中的热门话题，从提高生活水平出发，有人认为发展经济最重要，也有人认为保护环境才是最重要的，图1742中漫画反应的观点是 ( ) A经济比环保重 B环保比经济重来源:中国教育出版网 C经济与环保等重 D经济与环保都不重 二、填空题 11能源的分类方法有多种，根据能否从自然界直接获取，我们可将能源分为 能源和 能源，根据能源能否再生，可将能源分为 能源和 能源，根据人们对能源利用时间的长短，可将能源分为 能源和 能源 12月球是一个核聚变原料宝库，仅其尘埃中的聚变材料氦核，就足够人类使用上万年，目前核能在许多经济发达的国家已经成为常规能源，它是 (填“可或“不可”)再生能源，与火力发电相比，核能发电的优点之一是核电站只需消耗很少的核燃料，最后产生大量的 能 13水能和石油是两种重要能源，其中属于不可再生能源的是 在利用风能、煤、地热能的过程中，对环境污染较大的是 。太阳能是一种既无污染，又取之不尽的能源，利用太阳能发电是将太阳能转化为 能 14根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，其总量 电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法转化为电能，该现象说明能量的转化具有 15如图1743所示，风力发电有利于推动 (填“可再生”或“不可再生”)能源的开发利用和生态环境的保护；华中地区首座电场湖北北通山九宫山电场的开工建设，既为神奇秀美的九宫山增添了一道亮丽的风景，又促进了咸宁市能源结构的改变，工作时的能量转化是：风车带动发电机，发电机将 能转化为能发电机是根据 现象制成的 16乙醇是生物质能，属于 (填“一次”或“二次”)再生能源2008年4月起广西使用乙醇汽油作为机动车的动力能源，完全燃烧014 kg的乙醇汽油放出的热量为63106J，它的热值为 Jkg 17滑雪运动员从山上滑下，运动得越来越快，这是重力势能转化为 的过程，国家制定许多节约能源、减少污染物排放的措施，提倡开发利用太阳能，与利用化石能源相比，利用太阳能对环境 18电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法转化为电能汽车制动过程中，动能转化为地面、轮胎、空气的内能，这些内能同样无法自动地转化为机械能再用来开动汽车这些现象均说明能量的转化具有 以上能量的转化过程中，能的总量， (填“增大”“减少”或“不变”) 三、简答题 19在能源贫乏的日本，地热已得到广泛应用由于深度在l00 m左右的地热一年四季基本保持在20左右，所以日本普遍在地下l00 m左右开采地热资源其做法是：先打一个深100 m左右的孔，在孔内安置一套管子，内外套管分别形成出水管和进水管，接在地面蛇形的散热管上，形成一个封闭循环水路所有管中先灌满清水，使用时用水泵使封闭管路内的清水循环这套装置在炎热的夏天能降温，在寒冷的冬季能取暖试说明利用这套装置降温和取暖的工作原理 四、实验探究题20如图1744所示是煤的形成示意图，看图后探究下列问题 (1)古代植物，通过 作用，将太阳能转化为生物体的 能存贮起来，因此，煤燃烧释放出的能量最初来自于 (2)在植物泥炭褐煤煤的漫长形成过程中，形成煤的物质受到压力越来越 ，物质的密度将越来越 (3)推测：与褐煤相比，煤的热值较 (4)有关煤的形成，你还有什么想法? 五、计算题 21某地区五月份每天1 m2的面积在1小时内获得的太阳辐射能的平均值为354 106J现有一太阳能热水器，它的18支集热管有效面积为18 m2，太阳辐射能的 50被水吸收，若要把水箱里100 kg水从20加热到50，需要多少小时? 22太阳能是21世纪重点发展的能源之一太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车如图1745所示是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S8 m2，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P01 kW，在晴朗的天气，电池对着太阳产生的电压为U120 V，并对车上的电动机提供I10 A的电流，试问： (1)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少? (2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为150 N，则汽车的行驶速度是多大? 23中学生李明在某单位发现一种现象，这个单位有200人，每天早晨上班时工作人员总要倒掉暖水瓶中剩余的水而重新打一壶开水，他认为这样太浪费了，为此他想做如下计算来证明请协助他完成水10103 kgm3WFsc水42103 J(kg)1 kWh36106J水的沸点：100Gmg g10 NkgQcmtmV (1)若每人用的暖水瓶盛水2 kg，被倒掉的剩余的水是08 kg若每个月上班时间按22天计算，200人一个月浪费水多少千克? (2)设剩余的水的温度是80，把200人一个月浪费的水从20烧到80，需要的热量是多少? (3)若上述能量由电能转化而来，每个月用电多少度?若按052元度计算，每个月需资金多少元?参考答案1C提示：目前，我国的常规能源是煤、石油等化石能源 2D提示：不可再生能源是短期内从自然界中得不到补充的能源，如石油、煤、天然气是典型的不可再生能源风能、水能、太阳能都能在短期内再生，属于可再生能源 3B提示：安全、清洁的能源是太阳能，石油、煤炭和核能均会造成环境污染 4A提示：太阳电池是将太阳能转化为电能；风能电站是间接利用太阳能；太阳能热水器是将太阳