1、能源与可持续发展-知识探讨合作与讨论1.能量转化和守恒定律指出能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体.那么，能量的转化和转移有方向性吗？人们通过对大量实例的分析发现了其中的规律：机械能可以自发地全部转化为内能，内能却不能自发地全部转化为机械能；热量能自发地从高温物体传递给低温物体，却不能自发地从低温物体传递给高温物体.你能据此分析下列实例吗？ (1)汽车由飞驰到静止，其动能转化为内能散发到周围的空间去，那么散发出去的内能能不能自动地全部聚集起来，使汽车重新开动起来呢？ (2)荡来荡去的秋千，再不外加能量，由于空气阻力和摩擦力的作用，其振动幅度会不断减
2、小，最终停止.在这个过程中，秋千的机械能最终转化为内能，那么这些内能能不能自动的回收，使秋千恢复到原来的振幅呢？(3)夏天天气炎热，小朋友们喜欢吃冰激凌降温，连动物园中的北极熊也喜欢吃大冰块降温.由于冰块的温度比小朋友、北极熊的体温低，在吃冰块的时候，自身的热量就会传递给冰块，那么，他们在吃冰块的时候冰块中的热量能不能传递给他们，使他们越来越热呢？ (4)在大型的庆典活动中，人们往往会开香槟庆祝，香槟在振荡后会从瓶中喷出，那么喷出的香槟能不能自动地回到瓶中？2.对能量转化和转移方向性的认识，与人们不断探索提高热机效率的途径和方法密切相关.热机的作用就是将内能转化为机械能.热机的效率又称作能量转
3、化的效率，它指的是转化为有用功的能量和输入能量的比值，即能量转化效率有用的能量/输入的总能量.(1)如下图为已基本退出历史舞台的蒸汽火车，它的发动机是经过改良的蒸汽机，但是能量转化的效率还是较低的.(2)如下图是先进的内燃机车，它的发动机的能量转化效率比蒸汽机车高得多，速度也快了好多倍.(3)人们在不断地研究、改良热机的能量转化效率，但是，能不能使热机的效率达到100%呢？3.我国能源现状能源工作的挑战与机遇党的十六大提出了到2020年我国经济翻两番、全面实现小康的伟大战略目标，能源作为经济发展列车的巨大动力和人民生活的光明使者，是首先必须充分考虑和万无一失确保的.胡锦涛总书记在2003年3月
4、召开的中央人口资源环境工作座谈会上指出：“切实做好人口资源环境工作，对保持国民经济持续快速健康发展，不断提高经济增长的质量和效益，对不断提高人民群众的生活质量，促进人与自然的和谐，都是有十分重大的意义”.从我国能源的状况、可持续发展的要求和与国际先进水平比较的综合观点看，我国能源工业的特点是：总量丰富、人均贫乏；分布不均，耗能量大；污染严重，效率低下；发展之必须、需量大幅度增加，见表15.我国能源状况(表1)资源种类能源数量世界排序统计年份水能资源理论蕴藏量6.76亿千瓦11980年可开发的装机容量3.78亿千瓦11980年煤炭探明可采储量1661亿吨31991年2002年电力装机容量3.56
5、亿千瓦22002年我国能源消费量(表2)项目数量世界排序统计年份一次能源消费量14.8108 tce22002年煤炭产量13.8亿吨12002年发电量16542亿千瓦时22002年原油消费量2.45亿吨22002年我国人均能源情况(表3)项目人均能源为世界均值%统计年份人均一次能源消费量1050 kgce492000年人均用电量1074千瓦时422000年我国能源利用效率(表4)项目数值比国际平均值统计年份加工、贮运到终端利用效率%33.410%2000年开采到利用的总效率%11.22000年发电用煤比例%51.47(3040)1999年单位产值能耗1274tce/百万世界均值3.38倍200
6、0年污染排放物的排放情况(表5)项目数值世界排序统计年份SO2排放量1995万吨2000年酸雨面积30%全国面积SO2造成经济损失1100亿元2002年CO2排放量33.635亿吨21996年在今后的20年内，要实现“经济翻两番、全面达小康”的宏伟目标，要继续发展沿海，要大力开发西部，要努力振兴东北，其必然的结果是：工业化对能源的需求增加，城镇化速度加快，生活水平大幅提高，这一切都需要能源的支撑，经济发展对能源的需求必将大幅增加.如果按照世界过去30年平均增加值能耗平均下降1.1%的能效提高水平，到2020年我国能源需求将高达40亿吨标煤以上，这是不可能的，也是不应该的.为了实现“能源翻一番、
7、经济翻两番”的目标，必须通过强化节约能源的途径，解决经济发展与能源供应的矛盾.2020年前我国经济发展对能源的需求见表6. 预计未来20年我国的能源需求(表6)项 目年 代20002002200520102020煤炭消费总量，亿吨12.0613.914.916.520石油需求量，亿吨2.243.353.574.34.75石油进口依存度，%3146525962电力装机容量，亿千瓦3.565.899.5全社会用电量，亿千瓦时13508165422758042900燃煤发电容量，亿千瓦2.523.074.195.36发电用煤量，亿吨5.97.28.39.814根据上述文章，我们知道能源问题成为制约我
8、国快速发展的主要因素之一，那么，你知道哪些能源属于常规能源？哪些能源属于可再生能源？试举例说明.为了弥补常规能源的不足，人们努力地寻找新型的能源，例如利用地热能、利用核能、利用风能、利用水能、潮汐能等，你能归结一下，他们有哪些共同的特点吗？ 4.减少常规能源的利用，积极开发和利用新型的、可再生的能源，不仅是适应经济迅速发展的要求，也是保护自然环境，实现可持续发展的必然途径.(1)由于工业废气的大量、无序排放，形成酸雨，导致大片的森林被毁，建筑物被腐蚀.(2)由于乱砍滥伐导致土地荒漠化.(3)由于温室气体的大量排放，使地球上的气候异常，暴风雨肆虐.我的思路:1.自然界中能量的转化和守恒具有方向性
9、，机械能可以自发地转化为内能，内能却不能自发地转化为机械能，因此(1)(2)是不可能实现的；热量只能自发地从高温物体传递到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体，所以(3)不可能.自然界中的物理过程都是有方向性的，所以(4)不可能.2.(1)略(2)法国工程师卡诺最先从理论上解决了热机的效率问题，他证明了热机中的工作物质由高温热源吸收的热量，只能有一部分用于做功，其余的要向低温热源放出.因此，热机的效率不可能达到100%.3.(1)习惯上常把煤、石油、天然气等能源称为常规能源，风能、水流能、太阳能等能源是可再生的能源.(2)他们的共同特点是可再生、取之不竭、绿色无污染.4.略知识总结通过本节的学习，学生理解能量的转化和转移的过程中，具有方向性，并且存在着能量的耗散，为了实现可持续发展，我们必须努力节约能源并且开发新型的、可再生的绿色能源，并注重环境保护.