第二十二章 能源與可持續(xù)發(fā)展

趙建設(shè)

一、知識(shí)點(diǎn)例析

（一）能源分類

【例1】（2015·廣東）下列能源屬于不可再生能源的是（ ）

A.風(fēng)能 B.化石能源

C.水能D.太陽(yáng)能

解析：風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能都能從自然界里源源不斷地得到補(bǔ)充，屬于可再生能源；化石能源消耗后，不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，屬于不可再生能源。

答案：B

（二）新能源

【例2】（2015·黃石）由于世界人口的急劇增加和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源的消耗持續(xù)增長(zhǎng)，所以開(kāi)發(fā)新能源已成為全世界的重要課題，下列關(guān)于能源及其利用的說(shuō)法正確的是（ ）

A.化石能源是不可再生能源，而核能、風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能是可再生能源

B.與煤炭、石油、天然氣等能源相比，風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能具有清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)

C.隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)已建成了利用核聚變能量發(fā)電的核電站

D.因?yàn)槟芰吭谵D(zhuǎn)化過(guò)程中是守恒的，所以能量是“取之不盡，用之不竭”的

解析：核能與煤、石油、天然氣等化石能源是不可再生能源，太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能是可再生能源，故A錯(cuò)誤；與煤炭、石油、天然氣等能源相比，風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能是新型的無(wú)污染的能源，是取之不盡的能源，可直接利用且對(duì)環(huán)境的污染小，前景廣闊，故B正確；目前已建成的核電站的能量來(lái)自于重核的裂變，而不是輕核聚變。故C錯(cuò)誤；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)約資源，故D錯(cuò)誤。

答案：B

（三）能源與可持續(xù)發(fā)展

【例3】解析：能量在使用中發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，總量是不會(huì)變化的，但能源不是取之不盡用之不竭的，也會(huì)發(fā)生危機(jī)，故A錯(cuò)誤；能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程是具有方向性，故B正確；修筑攔河壩建造水電站也會(huì)對(duì)沿河的水域環(huán)境造成影響，給河流通航造成影響等，因此不利影響也是存在的，故C錯(cuò)誤；核能中的核燃料用完后也不能重復(fù)使用，故屬于不可再生能源，故D錯(cuò)誤。

答案：B

（四）能量綜合題

能量綜合題是利用能量做橋梁，把各種能量的轉(zhuǎn)化聯(lián)系在一起。它涉及的能量轉(zhuǎn)化有：機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換，電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；太陽(yáng)能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)換，電能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)換等。這類題在新能源和節(jié)約環(huán)保這一大背景下，利用能量轉(zhuǎn)化和守恒、效率等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)巧妙地把電學(xué)知識(shí)、熱學(xué)知識(shí)、力學(xué)知識(shí)綜合在一起，對(duì)電學(xué)知識(shí)W=Pt、熱量、熱值和效率、新能源等多方面知識(shí)綜合考查，還兼顧對(duì)學(xué)生計(jì)算能力進(jìn)行考查。

【例4】有一種電能輔助式太陽(yáng)能熱水器，將它安裝在陽(yáng)光充足的水平臺(tái)面上，并注滿水。晴天時(shí)它接收太陽(yáng)能的真空鍍膜管的總有效面積約為1.5m2，陰雨天時(shí)用電加熱。銘牌上的部分參數(shù)如表所示。

（1）某地區(qū)（晴天）平均每平方米的面積上，每小時(shí)接收的太陽(yáng)能約為2.8×106J。若每天日照時(shí)間按10h計(jì)算，則它一天中接收的太陽(yáng)能（E）約為多少？若這些太陽(yáng)能有50%被熱水器中的水吸收，則可使水溫升高多少？

（2）陰雨天時(shí)需用電加熱，如果所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，熱水器在額定電壓下工作時(shí)，將上述同樣質(zhì)量、初溫的水升高同樣的溫度需多長(zhǎng)時(shí)間？

（3）從能源和可持續(xù)發(fā)展的角度，說(shuō)出提倡開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的主要理由是

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（要求寫(xiě)出一點(diǎn)）[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）]。

解析：

解題思路

（1）根據(jù)太陽(yáng)能熱水器每平方米每小時(shí)接收的太陽(yáng)能，乘以面積和時(shí)間，即可得出1天中接收的太陽(yáng)能E；再利用吸熱公式變形，即可求出水溫升高的情況。

（2）熱水器正常工作時(shí)的電流可通過(guò)表中的額定功率和額定電壓求出，正常工作的時(shí)間則用公式t=W/P計(jì)算。

（3）太陽(yáng)能是可再生能源、太陽(yáng)能是清潔能源，不會(huì)造成環(huán)境污染，使用太陽(yáng)能可節(jié)約傳統(tǒng)能源。

解：（1）水的質(zhì)量m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg；

一天獲得的太陽(yáng)能E=2.8×106J/（h·m2）×10h×1.5m2=4.2×107J，

水吸收的熱量Q=ηE=4.2×107J×50%=2.1×107J，

由Q=cmΔt變形可得，

水升高的溫度Δt=Q/cm=（2.1×107J）/[4.2×103J/（kg·℃）×100kg]=50℃；

（2）電流所做的功W=Q=2.1×107J，

由P=W/t得，加熱時(shí)間t=W/P=（2.1×107J）/2000W=1.05×104s；

（3）環(huán)保、節(jié)能、無(wú)污染。

圖221【例5】在高速公路上有一種太陽(yáng)能路燈（如圖221所示），它的燈桿頂端是太陽(yáng)能電池板，燈桿下方有蓄電池，將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，供夜晚路燈照明。

（1）寫(xiě)出太陽(yáng)能路燈使用過(guò)程中，能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？

（2）若在一定時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)光輻射到該太陽(yáng)能電池板的能量為2.7×107J，這相當(dāng)于完全燃燒多少千克的煤放出的熱量？（煤的熱值為3.0×107J/kg）

（3）這些能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可供功率為35W的路燈工作60h，請(qǐng)計(jì)算該太陽(yáng)能路燈的能量轉(zhuǎn)化率。

解析：

解題思路

（1）太陽(yáng)能電池板工作時(shí)，它能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并向燈桿下方的蓄電池充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，夜晚蓄電池向路燈供電，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

（2）知道煤燃燒放出的熱量（太陽(yáng)能電池板接收到的總能量），利用Q放=mq求煤的質(zhì)量。endprint

（3）利用W=Pt求轉(zhuǎn)化的電能（有用能量），利用效率公式求太陽(yáng)能路燈的能量轉(zhuǎn)化效率。

解：（1）太陽(yáng)能路燈的燈桿頂端是太陽(yáng)能電池板，它可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。

（2）由題知，Q放=mq=2.7×107J，

需要完全燃燒煤的質(zhì)量：m=Q放/q=2.7×107J/（3.0×107J/kg）=0.9kg。

（3）使用太陽(yáng)能路燈的有用能量：W電=Pt=35W×60×3600s=7.56×106J，

太陽(yáng)光輻射到該太陽(yáng)能電池板的能量（總能量）W總=2.7×107J，

該太陽(yáng)能路燈的能量轉(zhuǎn)化效率：η=W電/W總=7.56×106J/2.7×107J=28%。

方法點(diǎn)撥

太陽(yáng)能是新能源之一。太陽(yáng)能的直接應(yīng)用有加熱和光電轉(zhuǎn)換。E有用=ηE總可得到有用的部分太陽(yáng)能。這部分能量，在利用太陽(yáng)能的直接加熱過(guò)程中，等于被加熱物體獲得的熱量；在光電轉(zhuǎn)化中，等于轉(zhuǎn)化為電能的那部分能量。在解決此類問(wèn)題時(shí)，若沒(méi)有分清能量的用途，解題時(shí)就無(wú)法得出正確的結(jié)果。

二、習(xí)題演練

（一）課后鞏固

1.（2014·桂林）太陽(yáng)能屬于可再生的

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（填“清潔”或“不清潔”）能源。目前人們直接利用太陽(yáng)能的方式主要有兩種：一種是用集熱器把水等物質(zhì)進(jìn)行加熱；另一種是用太陽(yáng)能電池把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成

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能。

2.（2014·丹東）為核潛艇提供能量的裝置是核反應(yīng)堆，在核反應(yīng)堆中發(fā)生的是

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（填“核裂變”或“核聚變”）。這種能源屬于

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（填“可再生”或“不可再生”）能源。

3.水力發(fā)電、火力發(fā)電及核能發(fā)電是目前人們獲得電能的主要途徑，其中容易產(chǎn)生溫室效應(yīng)的是

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發(fā)電，屬于利用可再生能源的是

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發(fā)電。

4.（2014·烏魯木齊）下列能源屬于可再生能源的是（ ）

A.太陽(yáng)能 B.煤

C.石油D.天然氣

5.（2014·自貢）自然界中有些能源一旦被消耗就很難再生，因此我們要節(jié)約能源。在下列能源中，屬于不可再生能源的是（ ）

A.風(fēng)能B.水能

C.太陽(yáng)能D.石油

6.（2015·成都）關(guān)于能源、能量，下列說(shuō)法不正確的是（ ）

A.能源是人類物質(zhì)生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)

B.太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿仁悄壳罢谂ρ芯?、開(kāi)發(fā)的新能源

C.根據(jù)能量守恒定律，能量不會(huì)消滅，但可以創(chuàng)造

D.電風(fēng)扇工作時(shí)，主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

7.（2015·資陽(yáng)）如圖222所示，下列有關(guān)能源及能的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）

A.太陽(yáng)能集熱器的吸熱板把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B.太陽(yáng)能汽車(chē)?yán)锰?yáng)能電池把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成汽車(chē)動(dòng)能

C.樂(lè)山大佛臉上出現(xiàn)的黑色條紋是人類消耗化石能源產(chǎn)生酸性氣體形成酸雨腐蝕造成的

D.汽車(chē)散失的熱不能收集起來(lái)再利用表明能量轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性

圖2228.（2015·內(nèi)江）下列說(shuō)法中正確的是（ ）

A.原子核在常溫下就能發(fā)生輕核聚變

B.太陽(yáng)的能量來(lái)自大量的氘核的裂變

C.能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中總量保持不變，并且存在方向性

D.煤、石油、天然氣都屬于可再生能源

9.（2014·濟(jì)寧）為配合濟(jì)寧市“五城同創(chuàng)”活動(dòng)，小夢(mèng)提出下列環(huán)保建議：①開(kāi)發(fā)新能源，減少化石燃料的燃燒；②使用手帕，減少餐巾紙的使用；③市內(nèi)出行乘公交車(chē)或騎自行車(chē)，少開(kāi)私家車(chē)；④使用一次性發(fā)泡塑料餐具和塑料袋；⑤分類回收垃圾。其中你認(rèn)為可行的是（ ）

A.①②③⑤B.①③④⑤

C.①③⑤D.①②③④⑤

10.如圖223是某小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系圖。

圖223（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出最大功率時(shí)的風(fēng)速為多少？該風(fēng)力發(fā)電機(jī)固定在水平地面上時(shí)，整個(gè)裝置與地面接觸的面積是1m2，總質(zhì)量為60kg，計(jì)算該裝置對(duì)水平地面的壓強(qiáng)多大？

（2）若該風(fēng)力發(fā)電機(jī)以輸出功率為500W發(fā)電，平均每天工作8h，計(jì)算一年（365天）發(fā)電量是多少？

（3）風(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，有什么優(yōu)勢(shì)和不足？

（二）能力提升

1.（2015·重慶）如圖224是某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景，風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為

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能，且風(fēng)能是清潔的可再生能源，是世界各國(guó)大力發(fā)展的新能源之一，能量的單位是

轉(zhuǎn)化為電能；并儲(chǔ)存起來(lái)；用

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材料制作的LED燈日夜發(fā)光提醒人們注意到交通安全。

3.（2014·綿陽(yáng)）下列屬于不可再生能源的是（ ）endprint

A.風(fēng)能 B.水能

C.煤炭D.太陽(yáng)能

4.從所用資源的能量形式分析，下列各種發(fā)電方式與“水力發(fā)電”不同的是（ ）

A.火力發(fā)電 B.風(fēng)力發(fā)電

C.太陽(yáng)能發(fā)電D.地?zé)岚l(fā)電

5.倡導(dǎo)低碳環(huán)保的生活方式，正日益成為社會(huì)的主流。下列說(shuō)法中不符合“低碳生活”理念的是（ ）

A.為了方便，多使用一次性塑料袋

B.少用紙巾，重拾手帕

C.隨手關(guān)燈，節(jié)約用電

D.多騎自行車(chē)，少坐汽車(chē)

6.（2015·成都）2014年8月，我國(guó)自主研發(fā)的“華龍一號(hào)”核電站總體技術(shù)方案通過(guò)專家評(píng)審。核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.目前核電站都是通過(guò)聚變反應(yīng)來(lái)釋放核能

B.核電站產(chǎn)生的核廢料對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染

C.核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可以控制的

D.核反應(yīng)堆所用的核燃料主要是氫的同位素

7.人類社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)能源，能源革命促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步，下列關(guān)于能源利用的說(shuō)法中正確的是（ ）

A.人類大量使用太陽(yáng)能會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)

B.因?yàn)槟芰渴鞘睾愕?，所以不存在能源危機(jī)

C.煤、石油、天然氣的化學(xué)能歸根到底來(lái)自太陽(yáng)能

D.核能的使用會(huì)造成放射性污染，所以不應(yīng)該開(kāi)發(fā)核能

8.（2015·連云港）圖226為某市空氣中PM2.5的來(lái)源分布圖。PM2.5是指直徑小于等于2.5微米的顆粒物，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（ ）

圖226A.植樹(shù)造林，增大城市綠地面積

B.開(kāi)發(fā)使用太陽(yáng)能、核能等新能源

C.加大火力發(fā)電投入，擴(kuò)大火力發(fā)電規(guī)模

D.推行城市公共自行車(chē)系統(tǒng)，打造綠色交通

圖2279.太陽(yáng)能電池帆板（簡(jiǎn)稱“電池板”）是為“嫦娥”系列探測(cè)器及其他空間飛行器提供能源的裝置，如圖227所示。“電池板”通常裝有“向日器”，有了“向日器”，“電池板”就像“向日葵”一樣迎著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。某興趣小組為研究“影響太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電流大小的因素”，他們用材料相同、面積分別為S和S′的“電池板”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并改變“電池板”與光線的夾角，用電流表觀察電流大小，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖228所示，請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)條件歸納得出初步結(jié)論。

圖228①分析比較圖228（a）與（b）可得：

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②分析比較圖228（a）與（c）可得：

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③根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，太陽(yáng)能電池帆板安裝“向日器”，是為了自動(dòng)改變太陽(yáng)能電池板的角度，盡量使

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習(xí)題演練參考答案

（一）課后鞏固

1.清潔 電

2.核裂變 不可再生

3.火力 水力

4.A 5.D 6.C 7.B 8.C 9.A

10.解：（1）從圖象得知，當(dāng)輸出功率最大為1000W時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為12m/s，

風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng)是

p=FS=GS=mgS=60kg×10N/kg1m2=600Pa

（2）該風(fēng)力發(fā)電機(jī)一年可以發(fā)電W=Pt=0.5kW×365×8h=1460kW·h

（3）優(yōu)點(diǎn)：清潔能源，環(huán)保；不足：受季節(jié)、天氣影響

（二）能力提升

1.機(jī)械 焦耳

2.太陽(yáng)能 半導(dǎo)體

3.C 4.A 5.A 6.C 7.C 8.C

9.①材料相同的太陽(yáng)能電池板，當(dāng)太陽(yáng)光線垂直電池板入射時(shí)，電池板面積越大，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流越大。

②材料和面積都相同的太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)光線與電池板入射夾角（≤90°）越大，太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生電流越大。

③光線垂直電池板入射endprint