1、第6节 能源和可持续发展目标导航1.理解能量耗散和品质降低的概念。2.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。3.了解常规能源的使用带来的环境污染。4.了解开发新能源的方法和意义。诱思导学1.能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。 能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。3.能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。4.能源危机与环境污染(1).近一百年，地球
2、人口由16亿增加到目前的50亿，净增了2倍多，而能源消耗据统计却增加了16倍。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。(2).能源利用的过程也直接污染着地球环境温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。同时腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康。臭氧层的破坏：臭
3、氧层的存在对吸收紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照射到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统。同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环都会造成一系列危害。5.新能源的开发（1）.新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。（2）.无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源能。数量巨大：太阳辐射功率为3.91026瓦。能到达地球表面的太阳能每年约为1.31010吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量
4、总和的1104倍。时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约5109年左右，估计尚可继续维持大约1010年之久。清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危险。6.永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，而引起的空气流动所产生的能量。整个地球接受到的太阳能辐射能约有0.2%被转换成风能，全球的风能总量估计有1.61022J。这是一个巨大的潜在的能源宝库，如果1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求。7.丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生，还具有不污染环境的优点。据科学家估计，世界海洋能源总量为4
5、0多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，如果开发出其中一小部分，即可满足人类对能源的全部需求。8.深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的天然储热库。地热能指地球内部可释出来的热量。据估计，从地球内部每年传到地球表面的热量，相当于370亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。9.未来能源的希望核能：在当前开发和利用的新能源中，核能尤其重要。核能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之不尽的能源。典例探究例1 某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气
6、流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为 m=r2t，这些气流的动能为m2；转变的电能为，故风车带动发电机发电的功率为代入数据以后得P=3.4kW友情提示：从能量守恒定律入手，注意能量转移的方向性是解答本题的关键。课后问题与练习点击1.答：A、D2.解：设通过这个截面的风的发电功率为P则在时间t内通过这个截面的风的质量m=Svt 由能量守恒定律有： 联立并代入数值得：P=1.4105W3.解：由能的转化和守恒定律有： 代入数值得：t=19.2基础训练1.能源可划为一级能源和二级能源。自然界以现成形式提供的能源称为一级能源；需要依靠其
7、他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O=2H2+O2-517.6，下列叙述正确的是（ ）A.电能是二级能源 B.水力是二级能源C.天然气是一级能源 D.焦炉气是一级能源2.下面的叙述中正确的是（ ）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化所谓“能源”，指的就是能够提供可利用能量的物质能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性A. B. C. D.3.常规能源的利用带来很多环境问题，如煤和石油的燃烧会产生大量的二氧化碳，其
8、主要危害是 。4.煤在燃烧时产生的二氧化硫等物质对环境的主要危害是 。多维链接1.热能以及人类对地热能的利用地热是埋藏在地下的热源。地球可分为三层。地表层为地壳，它的厚度很不均匀，在几公里至七十公里不等；地壳下面为地幔，它大部分是熔融状态的岩浆，厚度为二千九百公里；地球内部为地核，地核又可分为外地核和内地核。据各种资料推断，地壳底部和地幔上部温度约为一千一百到一千三百度，地核中心可达二千到五千度。有人估计，地球的地热大约为地球全部煤储量的一亿七千倍。整个地球内部的热量约等于31080卡。如果仅仅开采地下三公里以内的地热资源也就足以抵得上二万九千亿吨煤。因此地热是一股不可小看的资源。世界上对地热
9、的利用早就开始，但直到进入七十年代才渐渐地得到充分重视，也开始从利用地热取暖转为地热发电。目前世界上已有二十五个国家建立了地热发电站，设备能力不少于一百三十八千瓦，前景是诱人的。但是，地热却容易污染环境，造成水中矿物质和盐分的增加，还会产生硫化氢等有害气体。目前科学家一方面在研究开发地热，另一方面正在探讨如何防止地热的污染。到了二十一世纪，地热将广泛地应用于世界各地。在地球的每个角落都可以看到地热温室，地热暖房，甚至地热电站。对于地热带出的硫化氢及其它矿物质，都经过提炼，浓缩制成了许多化工生产中需要的化工原料，地热水又可以成为清洁的水源供人们使用。瞻望远景，火山活动、地震这些能源，迟早会被人类
10、控制利用。到那时，一座座活火山，一块块地震剧烈活动地区，就像一个个大油田那样，成为人类宝贵的能量资源2.潮汐能以及人类对潮汐能的利用大海的脉搏，每天都在不停地运动，涨潮时它把海水向岸边冲去，落潮时又把海水退回海中。潮汐这样往复不停地而又有规律地运送海水，就携带了巨大的能量。条条江河归大海，在每条大河出海的河口处，往往会出现汹涌澎湃的潮汐现象，如英国的塞汶河，法国的塞纳河，印度的恒河，巴西的亚马孙河等等著名的河口，最为壮观的是我国钱塘江的潮涌，早就闻名于世。每年农历八月十八日，我国钱塘江都出现一种奇特的潮涌现象。放眼远望，碧海茫茫，天水相连，瞬间汹涌的潮水，前呼后拥，推波助澜，从远到近，由天边滚
11、滚而来。潮声震天动地，其势如万马奔腾，平静的海面上很快地形成十多米高的潮浪，又掀起七米多高的水花，一派滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧的壮丽景色。钱塘江潮涌最早闻名于世。几千年来，钱塘江潮汐总是滚滚而来，默默而去，只作为供人欣赏的自然美景，一直没有开发利用。对于这个得天独厚的自然资源，中国科学家将发挥自己的聪明才智，在二十一世纪时，钱塘江口不光有震天动地的潮汐为游人欣赏，而且有一座座潮汐发电站点缀其间。发电站的水轮机在汹涌澎湃的潮水推动下飞快地运转，愉快地歌唱，把巨大的水能转变成现代化生活中必不可少的电能。潮水缓缓退去时，被钱塘江外大坝上的无数个大闸锁住，水位提高，造成一个个水位的落差，再一次利
12、用其巨大的能量为人类服务。据估计，世界上约有十亿千瓦的潮汐能。我国大陆海岸线长达一万八千多公里，潮汐资源的蕴藏量在二亿千瓦以上。开发潮汐，利用潮汐发电并不是人类异想天开。目前，苏联每年从潮汐中获得大量的电能。在巴伦支海，摩尔曼斯克以北的基斯拉亚湾，就建造了八百千瓦的潮汐电站，1969年以来，一直正常运转。苏联还打算在近期内在白海的美晋河口再建一个更大的潮汐电站，第一阶段为一百三十万千瓦，以后还要发展到六百万千瓦。潮汐能潜力是无限的，条条河流都可开发利用，而且对环境无污染，无影响，确实值得人们去探求、思考，为人类所用。另外，格陵兰和苏格兰附近诸岛之间有一个海洋大瀑布，它使地球上任何一个著名的瀑布
13、都黯然失色，望尘莫及。这个瀑布是从北冰洋急流而来。从三千米高度直泻而入大西洋。当年李白描写庐山瀑布时只是飞流直下三千尺，疑是银河落九天，三千尺只是一千米的高度，现在这海洋大瀑布是飞流直下三千米。估计瀑布容积在十五万立方公里以上。北冰洋的冰水水温低，密度大，水流急，遇到格陵兰和苏格兰诸岛的陡峭的陆地阻碍它前进，也就一鼓作气，腾空飞越而去，急剧直下，就形成波澜壮观的大瀑布。现在科学家们纷纷开始探索如何利用它。到2000年，在瀑布下建立了一座座巨大的水电站，利用飞流直下的北冰洋的海水，推动水轮机发出巨大的电力供应格陵兰地区。由此，可以进一步开发建设严寒的格陵兰地区。3.海洋能以及人类对它的利用水利资
14、源的利用主要是发电，而且已有几十年的历史了。人类的科学技术已经能够锁住奔腾不息的大江大河，使它不再泛滥成灾，而为人民做出贡献。但是，将大江河流拦腰截断，往往会破坏整个水域和地区的自然生态平衡，还会因蓄水过多而造成轻微地震，类此情况，在人类发展史上都有详细记载，其中埃及的阿斯旺水坝可称典型。阿斯旺水坝建成后严重破坏了尼罗河水体及其两岸的生态平衡，并造成上游泥沙淤积，蓄水量减少，发电量也没有达到设计指标；而下游原有良田竟被沙漠侵吞，两岸血吸虫病也逐步蔓延。因此，水利资源的利用是令人神往的，但在开发时一定要谨慎而严肃地进行环境评价，做出正确的估计。现在，科学家们正开始向海洋索取巨大的能量。人们常把海
15、洋能称之为蓝煤，它是一个巨大的蓝色煤田，潜在的发电厂。据估计，海洋能源占世界能源总量的百分之七十以上，是取之不尽，用之不竭的廉价动力资源。海洋的动力资源有潮汐能，波浪能。还可利用温差发电，扬水发电，以及将海水分解成氢、氧作为二次能源加以利用。浩瀚的海洋中蕴藏着极为丰富的能量资源。随着科学技术的发展，让占海洋能量资源百分之九十九的大洋涡漩和海底瀑布为人类提供源源不断的能源吧！4.更多的清洁能源除太阳能、风能、潮汐能、海洋能和地热能外，还有种类繁多，潜力很大的其他能源，如氢能、生物能、化学能等等，都是前途远大，不可忽视的能源。氢能将是今后一个宝贵的能源，它的适应性强，在高压低温下就可以液化，运输和
16、储存都很方便，可以用作一切动力的能源。任何物质在高压下都会变成金属，氢也如此。金属氢的容积只有液态氢的七分之一，而且能量极高，比TNT炸药的威力大三十到四十倍。它既可以直接用作燃料以开动飞机、汽车甚至宇宙航天飞机，又可以成为化工生产的重要原料。地球表面百分之七十一是汹涌澎湃的海洋，除了利用其动能，还可以在一定条件下将水分解成氢和氧，得到氢燃料。一旦把水变成燃料氢，那氢能源的资源是不可估量的。人们再也不会为能源危机伤脑筋了。许多科学家都预测到了氢能的前途，它既无污染，效能又高，将成为二十一世纪的主要燃料之一。对于生物能，目前世界各国已经着手开发和利用，也就是对沼气的利用。沼气是用各种有机废弃物，
17、如人畜粪，秸杆，树叶，杂草，城市垃圾，生活污水等有机废物，在一定温度，湿度，酸碱度和在隔绝空气的条件下，经过厌氧细菌的作用，发酵产生出来的。沼气是一种清洁、方便、价格低廉的能源，可以广泛地运用在农村。既为农民解决生活上的燃料，又为农作物生长提供优质的有机肥。沼气将比其他能源较早地在世界各地推广，并以制造方便，成本低廉的优点被广大农民欢迎。当前，世界各国在“能源危机”面前，正以巨大的投资，千方百计地研究、寻找、探索新的能源。除了煤的气化、液化已得到重视外，各国科学家又高瞻远瞩地探索着本世纪末的能源，他们预计到二十一世纪时，太阳能、风能、海洋能、潮汐能、地热能以及氢能、生物能、光化学能、磁流能等等
18、一系列新型的能源将闯入人类的生产和生活中间，以它们无与伦比的优点，方便廉价的优点，无穷无尽的特点获得人类的欣赏和称赞，并将渐渐地取代传统燃料，改变传统的生活方式，以更现代化的面目跨进新世纪。1.解析：由一级能源和二级能源的定义易判定A、C正确答案：A C2.解析：说法正确，故选B答案：B3.解析：阳光中多种波长的电磁波辐射透过大气照到地球表面，使地面温度升高，而地面的热辐射是较长波长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，却不让地面的热辐射出去，这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。答案：产生“温室效应”4.解析：煤在燃烧时产生的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成酸雨；落到地面时腐蚀建筑物、酸化土壤。答案：形成酸雨、腐蚀建筑物、酸化土壤。