10.6能源和可持续发展-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-3）

§10.6 能源和可持续发展 热力学第二定律的内容是什么？ 克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自发地从低温物体传到高温物体）。 开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 前情回顾 流水带动水磨做功，什么能转化成了什么能？流水的机械能最终将转化为什么能？ 重力势能转化为动能 最终转化为环境地内能 传说中，三国时代的猛将张飞站在当阳桥前一声吼，“喝断了桥梁水倒流”。如果真是这样，他的声能最终转化为什么能？ 转化为环境的内能 日光灯把教室照得如同白昼，关灯后满屋漆黑。原先的光能最终转化为什么能？ 转化为环境的内能 把电炉接入电路，电能表转得飞快，表明消耗着电能。这些电能最终将转化为什么能？ 转化为环境的内能 燃烧过程中燃料的化学能要释放出来。这些化学能最终将转化为什么能？ 转化为环境的内能 在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化为内能，流散到周围的环境中。 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。 一.能量耗散和品质降低 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能力。 由热力学第二定律，能量的转移和转化具有方向性． 内能和机械能相比，哪种能量的品质低？           高品质的能量 机械能、电能、光能、声能、 化学能、核能、生物能…… 低品质的能量       内能 由能量守恒定律知，能力不会减少，但为什么要节约能源？ 能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质降低 它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。媒、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。 故能量虽然不会减少但可利用资源会越来越少，所以要节约能源。 虽然能量不会减少，但能源越来越少.因此会出现“能源危机”. 我们的衣食住行和社会的存在与发展都离不开能源。纵观人类历史，社会的每次巨大进步，都伴随着能源利用方式的变革。 二、能源与人类社会发展 火的使用，这是人类能源使用史上的里程碑。 蒸汽机的发明和改良，是对化石能源的大规模利用，开始了人类文明的新纪元。 内燃机的发展，强有力地推动了19世纪末、20世纪初开始的机械化和电气化进程。 燃气轮机和蒸汽轮机的发展,为20世纪中叶大规模发电和航空事业奠定了基础。 什么是能源？ 太阳能 风能 地热能 核能 潮汐能 煤 石油 天然气 能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。 它是现代社会生活的重要物质基础。 能量和能源有什么区别？ ①能量是守恒的，既不会增加也不会减少 ②能源是可以提供可利用物质能量的物质，能源的利用过程存在能量耗散现象，能量耗散使得能量品质下降即能源减少，故我们要节约能源 一次能源： 二次能源： 能源的分类 按形成或转换特点分 自然形成，未经加工 由一次能源经加工转换而成 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能... 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能... 能源的分类 按其形成和来源分类： （1）来自太阳辐射的能量，如：太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物能等。 （2）来自地球内部的能量，如：核能、地热能。 （3）天体引力能，如：潮汐能。 按可否再生分 不可再生能源：               能源的分类 可再生能源： 可循环使用、不断补充 短期内无法转换获得 水能、风能、生物质能、地热能... 煤、石油、天然气、核燃料... 按对环境污染情况分 污染能源： 能源的分类 清洁能源： 对环境基本上没污染 会严重污染环境 太阳能、海洋能、风能、水能... 化石燃料（煤、石油、天然气） 按利用技术分    新能源：           能源的分类 常规能源： 已大规模正常使用 正在开发，或有新的利用方式 煤、石油、天然气、水能... 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能... 常规能源： 人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源 海上天然气开采 海上石油开采 露天煤矿 能源与人类社会发展 常规能源在使用中遇到的问题 能源与人类社会发展 ②常规能源的大量消耗带来了环境问题 ①常规能源的储藏是有限的 三、能源与环境 能源的大量消耗，带来了巨大的环境问题。石能源的资源有限，而且对环境有很大的破坏。石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此加剧了温室效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升，全球气候异常…… 煤炭、石油和天然气燃烧时放出大量的二氧化碳气体进入大气中造成的. ※ 温室效应 导致全球变暖、冰川融化、海平面上升、气候异常. 燃烧煤、石油、天然气等产生的硫氧化物或氮氧化物，在大气中经过化学反应再结合空气中的水形成酸雨. ※ 酸雨 导致土壤酸化，破坏植物、污染河流、腐蚀建筑物. 酸雨中的生活 内燃机工作时的高温使空气中和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生的二次污染物质. ※ 光化学烟雾 这些有毒物质，能引起人的多种疾病 由工业废气、汽车尾气、焚烧秸秆等产生的可吸入颗粒物形成的. ※ 雾霾 损害呼吸系统，引起呼吸道疾病，降低肺功能 1．产生酸雨的罪魁祸首是（ ） A．二氧化碳 B．氟利昂 C．二氧化硫 D．一氧化碳 例题 温室效应 造成臭氧层破坏 酸雨 使人缺氧，中毒 C 煤、石油和天然气的全球探明储量：煤约10万亿吨、石油约816亿吨、天然气约495亿吨.按照目前的消耗量，石油、天然气大约可再使用50年；煤炭大约可使用240年. 能 源 危 机 ※ 能量守恒定律告诉我们：在能量转化和转移过程中利用能量，并不会使能的总量减少，那么为什么还会出现“能源危机”呢？ · 能量耗散 · 能量品质降低 “能源危机”的应对方法 节约能源 开发新能源 可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子后代的需求。其中，最重要的两个方面就是资源和环境保护，而这都与能源的开发利用有关。 走可持续发展道路 长明灯 长流水 待机耗电 空调温度 照明灯 1、无穷无尽——太阳能 ①数量巨大：到达地球的太阳能每年可达1024焦耳。是目前世界每年所消耗各种能量总和的104倍。 ②时间长久：研究表明，太阳还可以为我们提供持续稳定的能量约五十亿年。 ③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。 · 利用方式：可以利用太阳能取暖、加热、发电。 太阳能热水器 太阳灶 （1）将太阳能转化为内能 太阳能信号灯 太阳能汽车 （2）将太阳能转化为电能 能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品             是国民经济运行的物质基础 人造卫星和宇宙飞船主要靠太阳能电池提供电力 2、永葆青春——风能 · 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，据估算全世界每年的风能总量约为1.6×1022焦耳。风能储量丰富、分布广泛、干净清洁。 · 利用方式：风能可以用来发电。 新疆达坂城风车田 连云港临港产业区风车田 3、丰富清洁——水能 · 水能的资源总量多，成本低、可再生、无污染。我国是世界上水能资源总量最多的国家。 · 利用方式：水电站是利用水能的重要形式。 葛洲坝水电站 三峡水电站 29 4、变废为宝——生物质能 · 生物质能指绿色植物通过光合作用储存于生物体内的太阳能，存储形式是生物分子的化学能。它可再生、低污染、分布广泛。是唯一的可再生的碳源。 · 利用方式：庄稼秸秆发酵后产生的沼气可以用作生活燃料，这是利用生物质能的一种方式。 沼气池 照明 做饭取暖 5、深藏不露——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能。我国地热可开采资源量为每年1018焦耳。 · 利用方式：直接利用地热供暖或建立地热发电站 地热能 地热供暖系统 我国最大的地热电站—— 西藏羊八井地热电站 6、未来能源的希望——核能 · 核能是原子核内部释放的巨大能量，有核聚变能和核裂变能。核能的储量大、成本低，干净清洁。 · 利用方式：建立核电站 田湾核电站 大亚湾核电站 秦山核电站 潮汐的形成　 浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。 潮汐能 可燃冰是一种天然气水合物的俗称，这种物质在低温和40多个大气压下才是稳定的。 可燃冰到达水面可以立即融化，同时成分中的甲烷开始燃烧。 每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。 可燃冰分布广，资源丰富，据计算这种未来的能源可供人类使用上千年。 可燃冰杂质少，无污染。 可燃冰虽好，但开采不易。 资源丰富的南海 可燃冰 氢能源 2．下列说法中错误的是（ ） A．水能和风能都是可再生能源 B．太阳能是一种清洁能源 C．沼气是一种新能源 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 例题 清洁能源 D 1．水力发电站的电能最终来自于( ) A A．太阳能 B．水的动能 C．水的势能 D．水的内能 牛刀小试 2.下列供热方式最有利于环境保护的是( ) A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热 C．用天然气或煤气做燃料供热 D．用太阳灶供热 太阳能是一种无污染的能源 D 燃烧后产生的废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气，燃烧放出的主要气体二氧化碳过多也会造成“温室效应” 牛刀小试 3．关于“温室效应”，下列说法正确的是( ） A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效 应” B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化 碳的含量，由此产生了“温室效应” C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化 D．“温室效应”使得土壤酸化 BC 石油 煤炭 燃烧 二氧化碳 危害 气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、海水淹没沿海城市、海水向河流倒灌等. 牛刀小试 4.对于能源和环境的表述，正确的是（ ） A．能源就是能量 B．石油是一种可再生能源 C．使用沼气会污染和破坏环境 D．利用水能实质是间接使用太阳能 D 牛刀小试 权威专业教育资源门户 $