18.5 能源与可持续发展（教学课件）-【上好课】九年级物理下册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 下册 义务教育教科书 第十八章 能源与可持续发展 宇宙中只有一个地球，她是人类赖以生存的地方. 呵护地球， 不仅仅是为了现在， 更是为了千秋万代. 保护好环境，利用好资源， 人类社会才能实现“可持续发展”. 这些都和能源问题息息相关. 说明 视频资源 免责声明 致老师、同学 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约90MB. 本ppt共有45张、2段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频欣赏——《“温室效应”的危害》 课堂总结——《能源与可持续发展》 ppt中的部分视频来源于媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 学习目标 1 理解能量在转移和转化过程中的效率，会对相关问题进行分析与计算。 2 了解我国和世界的能源状况，对于能源的开发和利用有可持续发展的意识。 第五节 能源与可持续发展 能量转化的效率 第五节 能源与可持续发展 一 一、能量转化的效率 1. 白炽灯工作时的能量的转化情况 电能输入 内能和光能 输出 光能 内能 如图所示，白炽灯正常工作时，电流做功，电能转化为光能和内能。根据能量守恒定律，输出的光能与内能之和应该等于输入的电能，它们之间的关系如图所示。 电能 一、能量转化的效率 2. 行驶的小轿车能量的转化情况 动能 内能和声能 对于行驶的小轿车来说，输出的能量与输入的能量之间的关系可以用图来表示. 化学能 一、能量转化的效率 3. 能量转换的效率 我们让白炽灯工作的目的在于获取光能。如果一只白炽灯只发光，那么它的效率就是100%。 100J电能 100J光能 白炽灯 白炽灯 100J电能 10J光能 90J内能 事实上，白炽灯发光时总会发热，因此必然有一部分电能转化为内能。通常，一盏额定功率为100W的白炽灯正常工作时，每秒产生的有用能量——光能约为10J，其他的电能都转化为了内能。 一、能量转化的效率 通常，能量转换装置的效率可用下式计算： 白炽灯工作时的效率 ×100％ ×100％ = 10％ 100J电能 10J光能 90J内能 一、能量转化的效率 计算小轿车工作时的效率 ×100％ = 15％ 2000J化学能 300J动能 1700J内能和声能 小轿车 一、能量转化的效率 4. 热机的效率 对于热机来说，转化为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比叫作热机的效率。 热机的效率 名 称 效 率 蒸汽机 6%～15% 汽油机 20%～30% 柴油机 30%～45% 喷气发动机 50%～60% 为了提高热机的效率，人们一直在努力地减少热机工作过程中各种能量的损失。由蒸汽机发展为喷气发动机，能源利用效率从6%提高到50%以上。可见，能源利用效率的提高离不开科学技术的进步。 η 【例题1】某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示。若输入的化学能为2000J，输出的动能为300J，则输出的内能和声能共计______J； 输出的有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为______。 15% 1700 据题意，E总=2000J，E有用=300J，则据能量守恒定律: 输出的内能和声能共计为 E总-E有用=2000J-300J=1700J 小轿车正常工作时的效率 η= E有用/E总= 300J/2000J =15%. 动能 内能和声能 化学能 一、能量转化的效率 能源与可持续发展 二 第五节 能源与可持续发展 二、能源与可持续发展 1. 能源的开发和利用对人类社会的影响 从人类社会发展的进程看，每次能源变革都无一例外地把人类社会推向一个新的发展阶段。能源为人类文明发展作出了重大贡献，给人类带来了无限欣喜，但是能源问题也使人类产生了深深的忧虑与困惑。 目前，全世界的能源消耗正逐年大幅度增长，按照现在的能源消耗速度，地球上的煤、石油和天然气等不可再生能源在不久的将来将被消耗殆尽。 （1）能源危机 二、能源与可持续发展 大量化石能源的使用是造成大气污染的罪魁祸首，大气污染的主要来源——燃煤电厂。 （2）大气污染 一座1.0×107kW燃煤电厂，每年燃煤约3.5×106t，向大气排放二氧化碳、二氧化硫、微尘及其他致病的有害物质可达1.09×106t. 二、能源与可持续发展 （3）“温室效应” 目前，煤、石油、天然气等化石燃料的消耗量不断增大，它们燃烧后释放出大量CO2气体，同时，又由于自然灾害和人为的乱砍滥伐导致能吸收CO2的森林面积在不断减少，因此大气中CO2的含量逐渐增大。当大气中的CO2含量升高时，会增强大气对太阳光中红外线辐射的吸收，阻止地球表面的热量 向外散发，像温室的玻璃罩那样起保 温作用，使地球表面的平均气温上升， 这就是所谓的温室效应，如图所示。 二、能源与可持续发展 科学家普遍认为，温室效应加剧将对人类产生很大影响，温度持续上升会使更多的水进入大气，于是一些富饶的土地将会变成沙漠；同时，温度上升还会使极地的冰盖熔化，导致海平面上升，从而淹没沿海地区。为了保护人类赖以生存的地球，我们应该采取措施防止温室效应的进一步加剧。 例如，大量植树造林，禁止乱砍滥伐；减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，更多地利用核能、太阳能、风能、地热能等。 二、能源与可持续发展 2. 我国面临的能源问题 （1）我国人口众多，能源短缺 据统计，我国煤炭资源的人均可开采量是89.8t，仅约为世界平均水平的55%；石油资源的人均可开采量是2.6t，仅约为世界平均水平的11%；天然气资源的人均可开采量是1074m³，仅约为世界平均水平的5%，如图所示。 二、能源与可持续发展 （2）能源结构问题 我国目前的能源结构以化石燃料为主，这必然使我们面临着两个严峻的问题： 一是化石燃料的蕴藏量有限，社会对能源的大量需求导致能源枯竭； 二是大量化石燃料的开采和利用会导致严重的环境污染和生态破坏. 世界能源消耗 中国能源消耗 二、能源与可持续发展 （3）能源资源分布不均 主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足，必须依靠北煤南运、西气东输、西电东送、南水北调等工程来缓解这些地区的资源短缺状况。 （4）能源利用效率低 我国能源工业的技术和管理水平比较落后，能源利用率和人均能源的消费量都很低（我国能源终端利用效率仅为33%，比发达国家低约十个百分点），能源供应短缺和浪费并存，供需矛盾尖锐。 二、能源与可持续发展 自 20 世纪 60 年代出现森林消失、土地退化、人口增长、全球温室效应、经济无限增长带来的资源枯竭、贫富不均等问题后，人类认识到环境问题要与发展的模式相联系，这是可持续发展思想的雏形。1972 年在斯德哥尔摩召开的人类环境会议上发布的《人类环境宣言》，标志着人类环境时代的开始。1980 年《世界自然保护大纲》给予了较明确的阐述。1987 年世界环境与发展委员会提出的《我们共同的未来》，标志着可持续发展思想的成熟，并定义为： 3. 能源与可持续发展 可持续发展是既满足当代人需要又不危害后代人满足自身需要的发展。 二、能源与可持续发展 （1）可持续的能源生产和消费 可持续的能源生产和消费已成为社会、经济可持续发展的重要前提之一。所谓可持续发展，就是既要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不能以牺牲后人的利益为代价来满足当代人的需求。显然，可持续的能源生产和消费已成为社会、经济可持续发展的重要前提之一。 （2）可持续发展的当务之急 依靠科技进步改变能源结构、开发和推广清洁的可再生能源，提高能源利用效率、减少环境污染已成为我国实现可持续发展的当务之急。 二、能源与可持续发展 （3）未来的理想能源 未来的理想能源应该是来源丰富、可再生、洁净、安全，获取方便且经济的。 太阳能、风能、地热能、水能和氢能这五种能源今后将会优先获得开发和利用。 【例题2】如图所示为某市空气中 PM2.5(细颗粒物)的来源分布图。PM2.5 是指直径小于等于 2.5 pm的颗粒物，其在空气中浓度越高，就代表空气污染越严重，为减少 PM2.5 排放量改善空气质量。下列措施不可取的是（ ） A. 植树造林，增大城市绿地面积 B. 开发使用太阳能、核能等新能源 C. 加大火力发电投入，扩大火力发电规模 D. 推行城市公共自行车系统，打造绿色交通 C 二、能源与可持续发展 植树造林，增大城市绿化面积，可减少扬尘对空气的污染，增加空气中氧气的含量，改善空气的质量；开发使用太阳能、核能等新能源，不会污染空气，可减少使用化石能源对空气的污染；火力发电是利用化石燃料燃烧发电的，化石燃料燃烧时会排放烟尘和 CO₂、SO₂等有害气体，减少火力发电能减少 PM2.5 排放量，改善空气质量；推行城市公共自行车系统，打造绿色交通，可减少石油的利用，从而减少机动车尾气对空气的污染。 综上所析，A、B、D三个措施均可取，C措施不可取。 所以选C. 二、能源与可持续发展 【例题3】汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。 材料一：如图所示为一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余 87%的能量则被损耗掉了. 材料二：排出的尾气除了 CO₂、H₂O 外，还有 CO、NO、NO₂及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。 结合材料： （1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析. （2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。 二、能源与可持续发展 （1）汽车行驶时的能量转化分析:汽油的化学能转化为气体的内能，然后再转化为活塞的机械能，最后为汽车的机械能，转化率很低；损耗途径分析:绝大部分是以内能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，还有少量是汽油蒸发损失. （2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧。 二、能源与可持续发展 课堂总结 三 第五节 能源与可持续发展 课堂总结（1） 能源的利用 推动了人类社会发展，为人类文明发展作出了重大贡献。 能源与可 持续发展 能量转化 的效率 能源与可 持续发展 改变能源结构、开发新能源、提高能源的利用率、减少环境污染. 效率 = × 输出的有用能量 输入的总能量 100% 问题：不可再生能源会被消耗殆尽；破坏环境和生态平衡。 课堂总结（2） 实践与练习 四 第五节 能源与可持续发展 实践与练习 1. 三峡水电站是世界上最大的水力发电站，年平均发电量约为8.5×1010kW·h。据专家介绍，三峡水电站的年发电量相当于一个每年消耗5×1010kg标准煤的火力发电站的年发电量.这些电能被送往华东、华中等地区，所以人们常说“三峡可‘照亮’半个中国”。 （1）已知标准煤的热值为2.9×107J/kg，则5×1010kg标准煤完全燃烧后会放出多少热量? （2）向大气中排放过量的CO2等气体，是造成“温室效应”的主要原因。三峡水电站与同等供电量的火力发电站相比，每年少排放CO2 1.2×1011kg。已知在通常情况下，CO2气体的密度为1.98kg/m3，这些CO2气体的体积约为多少？ （3）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内消耗的燃料完全燃烧后所释放的热量为Q。试根据上述资料估算火力发电站的效率。 实践与练习 （1）Q=mg=5×1010kg×2.9×107J/kg=1.45×1018 J. （2）V=m/ρ=1.2×1011 kg/（1.98 kg/m3 ）=6×1010 m3 （3）由题意知，火力发电站的年平均发电量与三峡 水电站的年发电量相等，即 E=8.5×1010kW·h=8.5×1010×3.6×106J=3.06×1017J. 燃烧煤放出的总热量 Q=1.45×1018J 所以火力发电站的效率为 η =E/Q×100%=3.06×1017J/1.45×1018J ×100%=21%. 2. 火、蒸汽机、电力、核能的应用被誉为人类历史上的四次能源革命。未来的理想能源，应该是来源丰富、可再生、洁净安全、获取方便且经济的。试比较各种能源的特点。 你认为，哪些能源将成为人类优先开发和利用的能源？哪些能源有望成为未来促进人类社会可持续发展的主体能源? 实践与练习 核能、氢能、地热能、风能、太阳能、潮汐能、生物能等将成为人类优先开发和利用的能源。 风能和太阳能会成为促进人类社会可持续发展的主体能源。 煤炭 石油和天然气 水 电 核电 储量 储量大 储量有限 受地形、气候限制 储量有限 可否再生 不可再生 不可再生 可再生 不可再生 发热量 较 低 较高 能量密集 开发技术 与成本 较易 较易 首期投资大， 运转费用低 技术难度大， 运转费用低 环境污染 烟尘、废渣、 大气污染 大气污染 清洁 潜在核污染 其他效益 化工原料 化工原料 防洪、生态等 综合效益好 实践与练习 3. 试以“开发新能源与节约能源哪个更重要”为主题，发表自己的观点并与同学交流或展开辩论. 参考资料：现在，人类正面临能源枯竭的危机，不得不审视自己的所作所为。节能和开发新能源这种措施的提出说明人们的意识已经觉醒。为了满足需要，人们必须开发新能源、采取节能措施。 开发新能源是社会生产力和科学技术发展的必然结果，也是可持续发展的关键之举。两者将使人类更好地适应自然和社会的发展。 要努力提升能源效率，就应该加大科技创新力度、开发符合循环经济要求的新技术新工艺。在能源需求日益增长的形势下，加快优化能源结构，努力开发新能源，是实现能效提升的重要手段。从某种意义上讲，节约能源比开发新能源更为重要，毕竟很多节能举措的实施只需要花费很低的成本，甚至是零成本。而新能源的开发和利用则不然。因此，实现向绿色发展转型的最大潜力来自于节能。 实践与练习 综合提升训练 五 第五节 能源与可持续发展 1. 人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺，对于能量和能源，下列说法中正确的是（　　） A．风能、水能、太阳能都是不可再生能源 B．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一 C．目前核电站核反应堆里的核反应方式是核聚变 D．能量既不能创造，也不会消灭，所以不用节约能源 B A．可再生能源是指自然界中可以不断利用、循环再生的一种取之不尽的能源，例如太阳能、风能、水能；故A错误； B．提高能量转化效率，单位能源转化成可被我们利用的能量就会更多，是“节能减排”的重要措施之一，故B正确； C．核电站主要是利用可被控制的重核裂变产生的能量，故C错误； D．人类利用的能源会越来越少，所以需要节约能源，故D错误。 故选B。 综合提升训练 2. 开发新能源是人类关注的热点。除了开发新能源，我们还应该从节约身边的能源做起。图中符合节约能源且安全的做法是（ ） A． 开门后门不关好 B． 白天尽量采用自然光 C． 用煤气灶取暖 D． 每次只洗一件衣服 使用冰箱时，开门时不关好，会浪费电能；用燃气炉取暖，效率低，浪费能源还会对大气造成污染；用洗衣机洗一件衣服，既浪费了水资源又浪费了电能；所以ACD都不符合题意，B符合题意. B 故选B。 综合提升训练 综合提升训练 3. 汽车发动机一是汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图，下列回答不正确的是（ ） A．该内燃机的效率为30% B．1kg的汽油完全燃烧能够释放4.6×107J的能量 C．为确保发动机正常工作， 需用水对其冷却 D．发动机压缩冲程把燃料燃烧 产生的内能转用化为机械能 D 综合提升训练 A．由图可知，有用功的能量：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30% 所以该内燃机的效率为30%，故A正确，不符合题意； B．汽油的热值为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg的汽油释放的能量4.6×107J，故B正确，不符合题意； C．因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以可作为冷却剂，故C正确，不符合题意； D．内燃机的四个冲程中，压缩冲程把燃料燃烧产生的机械能转用化为内能，故D错误，符合题意。 故选D。 综合提升训练 4. 如图所示为我国能源结构的统计图，根据此图的数据请你完成下列各题。 （1）总结出我国能源结构或现状的规律（总结两条即可）。 （2）提出改变这种现状的合理化建议（提出一条即可）。 由图中数据可以看出，我国能源结构以煤为主，其次是石油，这些都是不可再生能源，且我国天然气含量较少，应大力开发和利用水能、风能等可再生能源。 答案：（1）我国的能源结构以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小等. （2）节能降耗；开发新能源；开发可再生能源等. 综合提升训练 5. 如图所示，是用太阳能电池板做成叶片的百叶窗，既能遮阳，还能发电。电池板将______ 能转化为 ____能，为蓄电池充电，蓄电池再向节能灯供电。太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于_______（选填“用电器”或“电源”）；太阳能属于______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。 太阳 太阳能电池板接收太阳能，获得电能，将太阳能转化为电能。 太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，相当于用电器。 太阳能可以源源不断的从自然界中得到，属于可再生能源。 可再生 用电器 电 综合提升训练 6．类似图1中的原理，物理学家研制了图2中电梯安装的电能回收装置，能将产生的电能回收利用。已知电梯空载时轿厢的质量比配重的小且钢缆的质量可忽略不计。 （1）图1发电的原理是：______________，当图2轿厢处于空载_____（选填“上行”或“下行”）时，电梯将会发电； （2）图2中电梯在空载匀速下行的某段时间内，配重的重力势能变化量E1＝2.4×105J，轿厢重力势能的变化量 E2＝0.8×105J，若此段时间内电机的效率 η=80%，求此段时间内电动机消耗的电能E电？ 电磁感应现象 上行 综合提升训练 （1）电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在做切割磁感线运动时会产生感应电流。 由于电梯空载时轿厢的质量比配重的小且钢缆的质量可忽略不计，所以，当图2轿厢处于空载下行时，轿厢无法自行下行，要靠电动机带动，无法发电；当图2轿厢处于空载上行时，靠配重的重力来带动轿厢下行，电梯发电。 （2）此段时间内机械能的变化量为 W机=E1﹣E2＝2.4×105J﹣8×104J＝1.6×105J 此段时间内电动机消耗的电能 综合提升训练 （3）若镇江拥有电梯数n＝2500台，每台电梯平均每天消耗的电能E＝100kW•h，在全部安装了电能回收装置后，可节约20%的电能。则这些电梯每天节约的电能相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量多少？（煤的热值取q＝3×107J/kg）。 （3）这些电梯每天节约的电能相当于煤完全燃烧放出的热量 Q=E节约＝nEη＝2500×100kW•h×20%＝50000kW•h＝1.8×1011J 这些电梯每天节约的电能相当于完全燃烧煤的质量为 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 $$