能源與可持續(xù)發(fā)展(課件)-蘇科版九年級物理下冊

第十八章江蘇科學(xué)技術(shù)出版社九年級下冊

我們只有一個地球能源與可持續(xù)發(fā)展宇宙中只有一個地球，她是人類賴以生存的地方，呵護地球，不僅僅是為了現(xiàn)在，更是為了千秋萬代，保護好環(huán)境，利用好資源，人類社會才能實現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”這些都和能源問題息息相關(guān).能源與可持續(xù)發(fā)展

能量轉(zhuǎn)化的效率五、能源與可持續(xù)發(fā)展1導(dǎo)入新課除了機械效率問題外，干別的事情有沒有效率問題？回憶機械效率的概念第5節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展想一想①物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率。②計算公式：

機械效率η=W有W總×100%W有W總2學(xué)習(xí)新課1.白熾燈工作時的能量的轉(zhuǎn)化情況一、能量轉(zhuǎn)化的效率電能輸入內(nèi)能和光能輸出光能內(nèi)能如圖所示，白熾燈正常工作時，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能。根據(jù)能量守恒定律，輸出的光能與內(nèi)能之和應(yīng)該等于輸入的電能，它們之間的關(guān)系如圖所示.電能2.行駛的小轎車能量的轉(zhuǎn)化情況一、能量轉(zhuǎn)化的效率動能內(nèi)能和聲能對于行駛的小轎車來說，輸出的能量與輸入的能量之間的關(guān)系可以用圖來表示.化學(xué)能3.能量轉(zhuǎn)換的效率我們讓白熾燈工作的目的在于獲取光能。如果一只白熾燈只發(fā)光，那么它的效率就是100%。100J電能100J光能白熾燈白熾燈100J電能10J光能90J內(nèi)能事實上，白熾燈發(fā)光時總會發(fā)熱，因此必然有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。通常，一盞額定功率為100W的白熾燈正常工作時，每秒產(chǎn)生的有用能量——光能約為10J，其他的電能都轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能。一、能量轉(zhuǎn)化的效率通常，能量轉(zhuǎn)換裝置的效率可用下式計算：

白熾燈工作時的效率

×100％

×100％=10％100J電能10J光能90J內(nèi)能一、能量轉(zhuǎn)化的效率算一算小轎車工作時的效率

×100％=15％2000J化學(xué)能300J動能1700J內(nèi)能和聲能小轎車一、能量轉(zhuǎn)化的效率4.熱機的效率對于熱機來說，轉(zhuǎn)化為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量之比叫作熱機的效率。熱機的效率名稱效率蒸汽機6%～15%汽油機20%～30%柴油機30%～45%噴氣發(fā)動機50%～60%一、能量轉(zhuǎn)化的效率為了提高熱機的效率，人們一直在努力地減少熱機工作過程中各種能量的損失。由蒸汽機發(fā)展為噴氣發(fā)動機，能源利用效率從6%提高到50%以上?？梢?，能源利用效率的提高離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。1.能源的開發(fā)和利用對人類社會的影響從人類社會發(fā)展的進(jìn)程看，每次能源變革都無一例外地把人類社會推向一個新的發(fā)展階段。能源為人類文明發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，給人類帶來了無限欣喜，但是能源問題也使人類產(chǎn)生了深深的憂慮與困惑。二、能量與可持續(xù)發(fā)展目前，全世界的能源消耗正逐年大幅度增長，按照現(xiàn)在的能源消耗速度，地球上的煤、石油和天然氣等不可再生能源在不久的將來將被消耗殆盡。①能源危機大量化石能源的使用是造成大氣污染的罪魁禍?zhǔn)?，大氣污染的主要來源——燃煤電廠。二、能量與可持續(xù)發(fā)展②大氣污染一座1.0×107kW燃煤電廠，每年燃煤約3.5×106t，向大氣排放二氧化碳、二氧化硫、微塵及其他致病的有害物質(zhì)可達(dá)1.09×106t.③“溫室效應(yīng)”

二、能量與可持續(xù)發(fā)展目前，煤、石油、天然氣等化石燃料的消耗量不斷增大，它們?nèi)紵筢尫懦龃罅緾O2氣體，同時，又由于自然災(zāi)害和人為的亂砍濫伐導(dǎo)致能吸收CO2的森林面積在不斷減少，因此大氣中CO2的含量逐漸增大。當(dāng)大氣中的CO2含量升高時，會增強大氣對太陽光中紅外線輻射的吸收，阻止地球表面的熱量向外散發(fā)，像溫室的玻璃罩那樣起保溫作用，使地球表面的平均氣溫上升，這就是所謂的溫室效應(yīng)，如圖所示。二、能量與可持續(xù)發(fā)展科學(xué)家普遍認(rèn)為，溫室效應(yīng)加劇將對人類產(chǎn)生很大影響，溫度持續(xù)上升會使更多的水進(jìn)入大氣，于是一些富饒的土地將會變成沙漠；同時，溫度上升還會使極地的冰蓋熔化，導(dǎo)致海平面上升，從而淹沒沿海地區(qū)。為了保護人類賴以生存的地球，我們應(yīng)該采取措施防止溫室效應(yīng)的進(jìn)一步加劇。例如，大量植樹造林，禁止亂砍濫伐；減少使用煤、石油、天然氣等化石燃料，更多地利用核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿取?.我國面臨的能源問題

①我國人口眾多，能源短缺據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭資源的人均可開采量是89.8t，僅約為世界平均水平的55%；石油資源的人均可開采量是2.6t，僅約為世界平均水平的11%；天然氣資源的人均可開采量是1074m3，僅約為世界平均水平的5%，如圖所示。二、能量與可持續(xù)發(fā)展②能源結(jié)構(gòu)問題我國目前的能源結(jié)構(gòu)以化石燃料為主，這必然使我們面臨著兩個嚴(yán)峻的問題：一是化石燃料的蘊藏量有限，社會對能源的大量需求導(dǎo)致能源枯竭；二是大量化石燃料的開采和利用會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞.

二、能量與可持續(xù)發(fā)展世界能源消耗中國能源消耗③能源資源分布不均主要表現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)能源短缺和農(nóng)村商業(yè)能源供應(yīng)不足，必須依靠北煤南運、西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)等工程來緩解這些地區(qū)的資源短缺狀況。

④能源利用效率低我國能源工業(yè)的技術(shù)和管理水平比較落后，能源利用率和人均能源的消費量都很低（我國能源終端利用效率僅為33%，比發(fā)達(dá)國家低約十個百分點），能源供應(yīng)短缺和浪費并存，供需矛盾尖銳。二、能量與可持續(xù)發(fā)展自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)森林消失、土地退化、人口增長、全球溫室效應(yīng)、經(jīng)濟無限增長帶來的資源枯竭、貧富不均等問題后，人類認(rèn)識到環(huán)境問題要與發(fā)展的模式相聯(lián)系，這是可持續(xù)發(fā)展思想的雛形。1972年在斯德哥爾摩召開的人類環(huán)境會議上發(fā)布的《人類環(huán)境宣言》，標(biāo)志著人類環(huán)境時代的開始。1980年《世界自然保護大綱》給予了較明確的闡述。1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出的《我們共同的未來》，標(biāo)志著可持續(xù)發(fā)展思想的成熟，并定義為：3.能源與可持續(xù)發(fā)展“可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人需要又不危害后代人滿足自身需要的發(fā)展?！倍?、能量與可持續(xù)發(fā)展所謂可持續(xù)發(fā)展，就是既要考慮當(dāng)前發(fā)展的需要，又要考慮未來發(fā)展的需要，不能以犧牲后人的利益為代價來滿足當(dāng)代人的需求。顯然，可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費已成為社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。二、能量與可持續(xù)發(fā)展①可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費已成為社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。依靠科技進(jìn)步改變能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)和推廣清潔的可再生能源，提高能源利用效率、減少環(huán)境污染已成為我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急.②可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急.未來的理想能源應(yīng)該是來源豐富、可再生、潔凈、安全，獲取方便且經(jīng)濟的。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能和氫能這五種能源今后將會優(yōu)先獲得開發(fā)和利用。

二、能量與可持續(xù)發(fā)展【例題1】某輛行駛的小轎車，其正常工作時的能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示。若輸入的化學(xué)能為2000J，輸出的動能為300J，則輸出的內(nèi)能和聲能共計______J；

輸出的有用能量是動能，則小轎車正常工作時的效率為______.15%1700據(jù)題意，E總=2000J，E有用=300J，則據(jù)能量守恒定律:輸出的內(nèi)能和聲能共計為E總-E有用=2000J-300J=1700J

小轎車正常工作時的效率η=E有用/E總=300J/2000J=15%.三、本節(jié)典例動能內(nèi)能和聲能化學(xué)能【例題2】如圖所示為某市空氣中PM2.5(細(xì)顆粒物)的來源分布圖。PM2.5是指直徑小于等于2.5pm的顆粒物，其在空氣中濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重，為減少PM2.5排放量改善空氣質(zhì)量。下列措施不可取的是（）A.植樹造林，增大城市綠地面積B.開發(fā)使用太陽能、核能等新能源C.加大火力發(fā)電投入，擴大火力發(fā)電規(guī)模D.推行城市公共自行車系統(tǒng)，打造綠色交通C三、本節(jié)典例解析見下頁

植樹造林，增大城市綠化面積，可減少揚塵對空氣的污染，增加空氣中氧氣的含量，改善空氣的質(zhì)量；開發(fā)使用太陽能、核能等新能源，不會污染空氣，可減少使用化石能源對空氣的污染；火力發(fā)電是利用化石燃料燃燒發(fā)電的，化石燃料燃燒時會排放煙塵和CO?、SO?等有害氣體，減少火力發(fā)電能減少PM2.5排放量，改善空氣質(zhì)量；推行城市公共自行車系統(tǒng)，打造綠色交通，可減少石油的利用，從而減少機動車尾氣對空氣的污染。綜上所析，A、B、D三個措施均可取，C措施不可取。所以選C.三、本節(jié)典例【例題3】汽車在給人們的出行帶來便利的同時，也帶來了能源消耗、尾氣污染等問題。材料一：如圖所示為一輛小汽車行駛時的能耗分配圖。汽油在汽缸內(nèi)完全燃燒時放出的能量，大約只有13%用于驅(qū)動汽車前進(jìn)，而其余87%的能量則被損耗掉了.三、本節(jié)典例材料二：排出的尾氣除了CO?、H?O外，還有CO、NO、NO?及未燃燒的碳?xì)浠衔锏扔泻怏w。結(jié)合材料：（1）對汽車行駛時能量形式的轉(zhuǎn)化與損耗途徑作出分析.（2）請從節(jié)能、減排等方面對燃油汽車提出技術(shù)改進(jìn)建議。解析見下頁三、本節(jié)典例結(jié)合材料：（1）對汽車行駛時能量形式的轉(zhuǎn)化與損耗途徑作出分析.（2）請從節(jié)能、減排等方面對燃油汽車提出技術(shù)改進(jìn)建議。（1）汽車行駛時的能量轉(zhuǎn)化分析:汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，然后再轉(zhuǎn)化為活塞的機械能，最后為汽車的機械能，轉(zhuǎn)化率很低；損耗途徑分析:絕大部分是以內(nèi)能形式損失的，部分是未完全燃燒的碳?xì)浠衔飺p失，還有少量是汽油蒸發(fā)損失.（2）技術(shù)改進(jìn)建議:減少散熱器、排氣管和發(fā)動機的熱損失；減少汽油的蒸發(fā)；使汽油充分燃燒。3課堂總結(jié)能源的利用推動了人類社會發(fā)展，為人類文明發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。能源與可持續(xù)發(fā)展課堂總結(jié)①能量轉(zhuǎn)化的效率能源與可持續(xù)發(fā)展改變能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)新能源、提高能源的利用率、減少環(huán)境污染.效率=×輸出的有用能量輸入的總能量100%問題：不可再生能源會被消耗殆盡；破壞環(huán)境和生態(tài)平衡。1.三峽水電站是世界上最大的水力發(fā)電站，年平均發(fā)電量約為8.5×1010kW·h。據(jù)專家介紹，三峽水電站的年發(fā)電量相當(dāng)于一個每年消耗5×1010kg標(biāo)準(zhǔn)煤的火力發(fā)電站的年發(fā)電量.這些電能被送往華東、華中等地區(qū)，所以人們常說“三峽可‘照亮’半個中國”.（1）已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為2.9×107J/kg，則5×1010kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒后會放出多少熱量?（2）向大氣中排放過量的CO2等氣體，是造成“溫室效應(yīng)”的主要原因。三峽水電站與同等供電量的火力發(fā)電站相比，每年少排放CO21.2×1011kg。已知在通常情況下，CO2氣體的密度為1.98kg/m3，這些CO2氣體的體積約為多少？（3）設(shè)火力發(fā)電站在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電能為E，它在這段時間內(nèi)消耗的燃料完全燃燒后所釋放的熱量為Q。試根據(jù)上述資料估算火力發(fā)電站的效率.四、課外實踐與練習(xí)解析見下頁四、課外實踐與練習(xí)（1）Q=mg=5×1010kg×2.9×107J/kg=1.45×1018J.（2）V=m/ρ=1.2×1011kg/（1.98kg/m3）=6×1010m3（3）由題意知，火力發(fā)電站的年平均發(fā)電量與三峽水電站的年發(fā)電量相等，即

E=8.5×1010kW·h=8.5×1010×3.6×106J=3.06×1017J.燃燒煤放出的總熱量Q=1.45×1018J

所以火力發(fā)電站的效率為

η

=E/Q×100%=3.06×1017J/1.45×1018J×100%=21%.2.火、蒸汽機、電力、核能的應(yīng)用被譽為人類歷史上的四次能源革命。未來的理想能源，應(yīng)該是來源豐富、可再生、潔凈安全、獲取方便且經(jīng)濟的。試比較各種能源的特點。四、課外實踐與練習(xí)你認(rèn)為，哪些能源將成為人類優(yōu)先開發(fā)和利用的能源？哪些能源有望成為未來促進(jìn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的主體能源?解析見下頁四、課外實踐與練習(xí)核能、氫能、地?zé)崮?、風(fēng)能、太陽能、潮汐能、生物能等將成為人類優(yōu)先開發(fā)和利用的能源。風(fēng)能和太陽能會成為促進(jìn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的主體能源。煤炭石油和天然氣水電核電儲量儲量大儲量有限受地形、氣候限制儲量有限可否再生不可再生不可再生可再生不可再生發(fā)熱量較低較高能量密集開發(fā)技術(shù)與成本較易較易首期投資大，運轉(zhuǎn)費用低技術(shù)難度大，運轉(zhuǎn)費用低環(huán)境污染煙塵、廢渣、大氣污染大氣污染清潔潛在核污染其他效益化工原料化工原料防洪、生態(tài)等綜合效益好3.試以“開發(fā)新能源與節(jié)約能源哪個更重要”為主題，發(fā)表自己的觀點并與同學(xué)交流或展開辯論.四、課外實踐與練習(xí)參考資料：現(xiàn)在，人類正面臨能源枯竭的危機，不得不審視自己的所作所為。節(jié)能和開發(fā)新能源這種措施的提出說明人們的意識已經(jīng)覺醒。為了滿足需要，人們必須開發(fā)新能源、采取節(jié)能措施。開發(fā)新能源是社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，也是可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之舉。兩者將使人類更好地適應(yīng)自然和社會的發(fā)展。要努力提升能源效率，就應(yīng)該加大科技創(chuàng)新力度、開發(fā)符合循環(huán)經(jīng)濟要求的新技術(shù)新工藝。在能源需求日益增長的形勢下，加快優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，努力開發(fā)新能源，是實現(xiàn)能效提升的重要手段。從某種意義上講，節(jié)約能源比開發(fā)新能源更為重要，畢竟很多節(jié)能舉措的實施只需要花費很低的成本，甚至是零成本。而新能源的開發(fā)和利用則不然。因此，實現(xiàn)向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型的最大潛力來自于節(jié)能。1.人類的發(fā)展離不開能源，“碳達(dá)峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴(yán)承諾，對于能量和能源，下列說法中正確的是（）A．風(fēng)能、水能、太陽能都是不可再生能源B．提高能量轉(zhuǎn)化效率是“節(jié)能減排”的重要措施之一C．目前核電站核反應(yīng)堆里的核反應(yīng)方式是核聚變D．能量既不能創(chuàng)造，也不會消滅，所以不用節(jié)約能源B五、課堂練習(xí)

解析見下頁A．可再生能源是指自然界中可以不斷利用、循環(huán)再生的一種取之不盡的能源，例如太陽能、風(fēng)能、水能；故A錯誤；B．提高能量轉(zhuǎn)化效率，單位能源轉(zhuǎn)化成可被我們利用的能量就會更多，是“節(jié)能減排”的重要措施之一，故B正確；C．核電站主要是利用可被控制的重核裂變產(chǎn)生的能量，故C錯誤；D．隨著人類對能源的使用，可被利用的能源會越來越少，所以需要節(jié)約能源，故D錯誤。五、課堂練習(xí)

故選B。2.汽車發(fā)動機一是汽油機，汽油的熱值為4.6×107J/kg，閱讀了某汽車發(fā)動機的說明書后，將內(nèi)燃機的能量流向制成如圖，下列回答不正確的是（）A．該內(nèi)燃機的效率為30%B．1kg的汽油完全燃燒能夠釋放4.6×107J的能量C．為確保發(fā)動機正常工作，需用水對其冷卻D．發(fā)動機壓縮沖程把燃料燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)用化為機械能D五、課堂練習(xí)

解析見下頁A．由圖可知，有用功的能量：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%所以該內(nèi)燃機的效率為30%，故A正確，不符合題意；B．汽油的熱值為4.6×107J/kg，表示完全燃燒1kg的汽油釋放的能量4.6×107J，故B正確，不符合題意；C．因為水的比熱容較大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多，所以可作為冷卻劑，故C正確，不符合題意；D．內(nèi)燃機的四個沖程中，壓縮沖程把燃料燃燒產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)用化為內(nèi)能，故D錯誤，符合題意。五、課堂練習(xí)

故選D。3.如圖所示為我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計圖，根據(jù)此圖的數(shù)據(jù)請你完成下列各題。（1）總結(jié)出我國能源結(jié)構(gòu)或現(xiàn)狀的規(guī)律.(總結(jié)兩條即可)

（2）提出改變這種現(xiàn)狀的合理化建議.(提出一條即可)由圖中數(shù)據(jù)可以看出，我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，其次是石油，這些都是不可再生能源，且我國天然氣含量較少，應(yīng)大力開發(fā)和利用水能、風(fēng)能等可再生能源。答案：（1）我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主；我國的能源消耗中不可再生能源占據(jù)的比例過大，結(jié)構(gòu)不合理；我國能源消耗中可再生能源的比例過小等.（2）節(jié)能降耗；開發(fā)新能源；開發(fā)可再生能源等.五、課堂練習(xí)

4.如圖所示，是用太陽能電池板做成葉片的百葉窗，既能遮陽，還能發(fā)電。電池板將______能轉(zhuǎn)化為____能，為蓄電池充電，蓄電池再向節(jié)能燈供電。太陽能電池板給蓄電池充電時，蓄電池相當(dāng)于_______（選填“用電器”或“電源”）；太陽能屬于______（選填“可再生”或“不可再生”）能源。太陽太陽能電池板接收太陽能，獲得電能，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能電池板給蓄電池充電時，蓄電池消耗電能，相當(dāng)于用電器。太陽能可以源源不斷的從自然界中得到，屬于可再生能源。可再生五、課堂練習(xí)

用電器電5．類似圖1中的原理，物理學(xué)家研制了圖2