能源與可持續發展【學習目標】

1、了解日常生活中的各種能源，人類利用能源的過程，不同形式能量的相互轉化，新能源的開發與利用；

2、了解核能的優點和可能帶來的問題；

3、了解能源與人類生存和社會發展的關系；

4、能說出不同能源的特點；

5、了解在現實生活中能量轉化與轉移有一定的方向性。【要點梳理】

要點一、能源利用與社會發展凡是能夠提供能量的物質資源，都可以叫做能源。要點詮釋：1、人類利用能源的歷程：

（1）鉆木取火是人類從利用自然火到利用人工火的轉變，導致了以柴薪為主要能源的時代的到來。

（2）蒸汽機的發明使人類以機械動力代替人力和畜力，人類的主要能源從柴薪向煤、石油、天然氣等化石能源轉化，利用化石燃料的各種新型熱機的問世，使化石能源成為當今世界的主要能源。

（3）物理學家發明了可以控制核能釋放的裝置---反應堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕。

2、一次能源和二次能源

像化石能源一樣，風能、太陽能、地熱能以及核能，是可以直接從自然界獲得的，這些可以從自然界直接獲取的能源，統稱為一次能源。我們使用的電能，無法從自然界直接獲取，必須通過一次能源的消耗才能得到，所以稱電能為二次能源。

我們今天使用的煤、石油、天然氣是千百年前埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的，所以稱為化石能源。

常見的化石能源有：煤、石油、天然氣。

常見的一次能源有：煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能、核能等。

常見的二次能源有：電能。

要點二、核能質子、中子依靠強大的核力緊密地結合在一起，因此原子核十分牢固，要使它們分裂或者重新組合是極困難的。但是，一旦質量較大的原子核分裂或者質量較小的原子核相互結合，就可能釋放出驚人的能量，這就是核能。核能是新能源，它有兩種主要形式：核裂變能和核聚變能。要點詮釋：

1、核裂變：快速的裂變反應可以引起猛烈的爆炸，原子彈就是利用快速裂變制成的，我們還可以控制鏈式反應的速度，把核能用于和平建設事業。“核反應堆”就是控制裂變反應的裝置。2、核聚變：除了裂變外，如果將質量很小的原子核，例如氘核（由一個質子和一個中子構成）與氚核（由一個質子和兩個中子構成），在超高溫下結合成新的原子核，會釋放出更大的核能，這就是聚變，有時聚變也稱為熱核反應。3、核能的利用：我國是核能資源豐富的國家，現已具備了建造核電站的物質和技術基礎，現已在浙江和廣東建設了核電站，分別是浙江秦山核電站、廣東大亞灣核電站。核電站的建立給人類解決能源危機帶來了希望，在不可再生資源日趨珍貴之時，適度發展核電是人類的一種選擇，全世界已經建成幾百座核電站，核電發電量接近全球發電量的1/5。

要點三、太陽能1、太陽能是氫原子核在超高溫時聚變釋放的巨大能量，太陽能是人類能源的寶庫，如化石能源、地球上的風能、生物質能都來源于太陽。

2、太陽能的利用

（1）間接利用太陽能：化石能源（光能----化學能）

生物質能（光能----化學能）

（2）直接利用太陽能：集熱器（有平板型集熱器、聚光式集熱器）（光能----內能）

太陽能電池：（光能----電能）一般應用在航空、航天、通訊、計算器、手表等方面。

（3）太陽能來源豐富，不需要運輸，無污染，但由于能量比較分散且受季節、氣候和晝夜變化的影響很大，給大規模利用太陽能帶來一些新的技術課題。要點四、能量轉化的基本規律1、能量守恒定律：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化或轉移的過程中，總量保持不變。這就是能量守恒定律。要點詮釋：熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體。能量的轉化和轉移是有方向的。要點五、能源與可持續發展

1、能量的轉化、能量的轉移，都是有方向性的。我們是在能量的轉化和轉移中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用，能量的利用是有條件的，也是有代價的，所以我們應節約能源。2、能源的消耗給環境帶來了負面影響：燃料燃燒時產生的有害氣體、大量的粉末污染了環境，危害人體健康，影響植物正常生長，還會使水土流失，土地沙漠化，加劇溫室效應，核能的使用也可造成輻射污染。

3、能源與可持續發展（1）不可再生能源和可再生能源

化石能源、核能會越用越少，不可能在短期內從自然界得到補充，所以它們屬于不可再生能源。而水的動能、風能、太陽能、生物能，可以在自然界里源源不斷地得到，所以它們屬于可再生能源。

人類生活中，還廣泛利用食物等生命物質中存儲的化學能，這類生命物質提供的能量稱為生物質能。

常見的不可再生能源有：煤、石油、天然氣、核能等。

常見的可再生能源有：風能、水能、太陽能、生物質能等。

（2）21世紀能源消耗增長速度明顯加快，世界化石能源的使用年限存在嚴重危機，人們期待未來的理想能源的開發。未來的理想能源必須滿足以下條件：必須足夠便宜，可以保證多數人用得起；相關的技術必須成熟，可以保證大規模使用；必須足夠安全、清潔，可以保證不會嚴重影響環境。【典型例題】類型一、能源1、下列能源：太陽能、風能、煤氣、汽油，那些是屬于一次能源的是。【思路點撥】直接從自然界得到的能源叫一次能源；通過一次能源的消耗才能得到的能源叫二次能源。【答案】太陽能；風能【解析】太陽能、風能是直接從自然界獲得的，故是一次能源；煤氣、汽油是天然氣和石油加工而來的，故是二次能源。【總結升華】此題考查的是一次能源和二次能源的辨別，是基礎題。類型二、核能2、隨著人們對原子核結構認識的不斷深入，核能的開發和利用備受關注，有關核能的理解，正確的是（）A．核能是可再生的清潔能源B．太陽能是由氫原子裂變放出的能量C．能源開發就是要利用核能D．核能是原子核發生變化時放出的能量【答案】D【解析】A、核能源于核礦石內的能量，核礦石屬于礦產資源，而礦產資源屬于非可再生資源，所以它是不可再生能源，該選項錯誤；B、太陽能是在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生聚變，釋放出的巨大核能，該選項錯誤；C、能源的開發是開發利用新能源如風能、太陽能等無污染的清潔能源，該選項錯誤；D、核能是原子核聚變或裂變產生的能量，該選項正確。【總結升華】能源危機是石油、電力或其他自然資源的短缺，是全球性問題，開發利用新能源是解決問題的根本途徑。舉一反三：【變式】原子彈與核電站的根本區別是（）

Ａ、原子彈利用核裂變，核電站利用核聚變

Ｂ、原子彈利用核聚變，核電站利用核裂變

Ｃ、原子彈對裂變的鏈式反應不加控制，核電站控制裂變的鏈式反應速率

Ｄ、原子彈對聚變的鏈式反應不加控制，核電站控制聚變的鏈式反應速率【答案】C類型三、太陽能3、下列關于太陽能的說法中，錯誤的是（）A．太陽能十分巨大，供應時間長久B．太陽能安全、清潔，不會造成環境污染C．太陽能分布廣闊，處處可以利用D．太陽能到達地面的功率穩定，不會受氣候和季節的影響【答案】D【解析】A、正確，太陽能十分巨大，供應時間長久，取之不盡用之不竭；B、正確，太陽能安全、清潔，不會造成環境污染；C、正確，太陽能分布廣闊，獲取方便；D、錯誤，太陽能到達地面的功率不穩定，它隨氣候和季節的變化而變化。【總結升華】本題主要考查對太陽能優點的掌握和理解，太陽能是一種清潔、無污染、可再生能源，它取之不盡用之不竭，是一種新型的能源，越來越被廣泛利用。它的優點很多，比如：太陽能分布廣闊，獲取方便；清潔不會造成環境污染。舉一反三：【變式】太陽之所以被人們稱為核能火爐，是由于太陽內部的_____元素在_________條件下發生___________從而釋放出巨大的能量。【答案】氫超高溫聚變類型四、能源與可持續發展4、自然界中有些能源一旦被消耗就很難再生，因此我們要節約能源。在下列能源中，屬于不可再生能源的是（）A．風能B．水能C．太陽能D．石油【答案】D【解析】自然界中不可能短期得到補充的能源有：煤、石油、天然氣、核能等，由此可知選項D中的能源是不可再生能源；而ABC選項中的風能、水能和太陽能都是可再生資源，不符合題意。【總結升華】此題主要考查的是可再生能源和不可再生能源的區別，要注意從其定義來分析。舉一反三：【變式】能源問題是現代社會發展的三大基本要素之一，能源家族中有：

1、柴薪2、煤炭3、石油4、水能5、風能6、太陽能7、地熱能等，在大量耗用各種能源時，會造成空氣污染的有___________；會造成水土流失和沙漠化的有___________（填序號）

【答案】1、2、315、下列有關能量轉化或轉移的說法中正確的是（）A．電動機通過熱傳遞的方式將電能轉化為機械能B．古人鉆木取火是通過做功將機械能轉化為內能C．內燃機是通過做功的方式將機械能轉化為內能D．冷天搓手感到手掌發熱，這是通過熱傳遞的方式將機械能轉移為內能【思路點撥】注意分析哪種能量增加了，哪種能量減少，因為總是減少的這種能量轉化為增加的那種能量。【答案】B【解析】A、電動機工作時，消耗了電能，得到了機械能，是通過做功將電能轉化為機械能，故A說法錯誤；B、人鉆木取火是消耗了機械能，得到了內能，是通過做功的方式將機械能轉化為內能的，故B說法正確；C、內燃機工作時是將燃料燃燒釋放出的內能通過燃氣膨脹對外做功，轉化成機械能，故C說法錯誤；D、冷天搓手感到手掌發熱，是通過克服摩擦做功將機械能轉化為內能，故D說法錯誤。【總結升華】在自然界中，能量轉化的現象很多，并且能量的轉化也是有規律可循的，例如用電器都是將電能轉化成了其它形式的能。在日常的學習中我們要注意總結歸納。6、“能源危機”是當今世界共同面臨的問題，以下解決危機問題措施切實可行的是（）A．人人都要節約用水、用電，不浪費能源和人為毀壞物品B．關閉全部現有的火力發電站C．停止使用石油、煤炭資源，而改用核能和太陽能D．各地都要大力興建水力和風力發電站【答案】A【解析】A、節約用水、用電，不浪費能源和人為毀壞物品是可行的，可以緩解能源危機，符合題意；B、關閉全部現有的火力發電站雖然可以節省能源，但會影響人們的正常生活不可行，不符合題意；C、停止使用石油、煤炭資源，雖然可以節省能源，但很多地方沒有條件改用核能和太陽能，不可行，不符合題意；D、很多地區沒有條件大力興建水力和風力發電站，不符合題意。【總結升華】“能源危機”是當今世界共同面臨的問題，我們要合理節約利用能源，這也是近幾年中考的熱點。舉一反三：【變式】第41屆世博會已于2010年10月31日在上海閉幕。為了延續“城市，讓生活更美好”的世博會主題精神。某校同學提出下列環保建議，其中你認為可行的是（）①開發新能源，減少化石燃料的燃燒②提倡使用一次性發泡塑料餐具和塑科袋③開發生產無汞電池④提倡使用手帕，減少餐巾紙的使用⑤分類回收垃圾A．①③⑤B．①③④⑤C．①②③⑤D．①②③④⑤【答案】B

【鞏固練習】一、填空題1、一個多世紀以來，能源的消耗急劇增長，在太陽能、電能、石油中屬于不可再生能源的是__。2、核電站是利用鈾核在（選填“裂變”或“聚變”）時釋放的能量來發電，在核反應堆中，發生的鏈式反應是（選填“可控”或“不可控”）的。3、以下能源：①風能、②農村自制沼氣、③核能、④秸稈煤氣、⑤水能、⑥水煤氣、⑦潮汐能、⑧電能。屬于二次能源的有________；屬于一次能源的有________；能源的來源與月球有關的是________。(均填序號)4、人類能自主補充食物轉化成能量來維持生命活動，目前的機器人主要是靠事先儲存的電能來進行活動的。但科學家已制造出了一種能捕食蒼蠅的生態機器人，它能將捕到的蒼蠅體內的糖類物質通過微生物燃料電池直接轉化為電能，供自身活動需要。請回答下列問題。(1)糖類物質屬于________(填“有”或“無”)機物，生態機器人的能量轉化形式是從________能轉化為電能。(2)在實驗中，質量為20kg的生態機器人吃了8只蒼蠅，用了5天時間勻速移動了10m。若機器人受到的阻力是該機器人體重的0.1倍，該機器人克服阻力做的功是________(g取10N/kg)。(3)除這種能捕食生物為食的機器人外，如果讓你設計一種可從自然界中較方便地自主補充能量再轉化為電能的機器人，你設計的機器人直接從自然界補充的能量形式是________，獲得這種能量的方法(途徑)是在機器人上安裝________。

二、選擇題5、關于能源利用，下列說法正確的是（）A．和平利用核能應注意防止核泄漏B．煤燃燒會造成大氣污染，應停止開采C．修筑攔河壩建造水電站有百利而無一害D．石油是可再生資源，可以無窮盡地開發6、下面所列的各種能源中，屬于可再生能源的是（）A．煤炭B．太陽能C．核能D．石油7、我們在節約能源的同時，還應開發和利用新的能源。作為未來的理想能源應滿足一定的條件，下列不符合理想能源必要條件的是（）A．必須足夠豐富，可以保證長期使用B．必須足夠便宜，可以保證多數人用得起C．必須足夠安全、清潔，可以保證不會嚴重影響環境D．必須足夠昂貴，可以保證節約使用8、核電站利用核能發電，它的核心設備是核反應堆。下列說法錯誤的是（）A．目前核電站都是通過聚變反應來利用核能B．核反應堆中發生的鏈式反應是可以控制的C．原子核分裂或聚合時釋放出核能D．核能是一種不可再生的能源9、關于能量和能源的利用，以下說法正確的是（）A．核電站是利用化學能來發電的B．水能、風能和化石能源均是可再生資源C．太陽能電池是把太陽能轉化為內能的裝置D．電能可以使電燈發光，同時產生內能，而這些內能無法自動地轉化為電能10、能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只會由一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。能源危機產生的根本原因是（）A．能量的轉移和轉化遵循守恒定律B．人們在能量的轉化或轉移中利用能量C．經轉移或轉化過程可利用能量增加D．能量的轉移和轉化有方向性11、據悉，到2020年我國建立自己的空間站“天宮一號”。關于空間站所使用的供電裝置，你認為最可行的是（）A．太陽能電池B．化學蓄電池C．柴油發電機D．風力發電機12、下列交通工具中不是直接使用化石能源的是()

A.飛機B.輪船C.汽車D.無軌電車13、自然界中各種形式的能都可以方便地轉化為電能，關于轉化目的的敘述，錯誤的是()A．為了便于輸送B．為了提高利用率C．為了使用方便D．為了增加能量三、簡答與計算題14、閱讀下面的短文，回答問題。太陽能電池太陽能電池的工作原理：太陽能電池是由一塊很薄的半導體片構成的，每平方厘米能產生30-35mA的電流，在實際應用中一般是將很多小的太陽能電池串聯或并聯起來，以獲得較高電壓或較大電流。太陽能電池的特點：太陽能電池把光能轉化為電能，有以下幾方面的優勢：（1）安全，不產生廢氣和廢物。（2）簡單易行，只要有日照的地方就可以安設裝置。（3）易于實現無人化和自動化，因為不含熱能轉化裝置，不需要旋轉機械和高溫高壓等條件。（4）發電時不產生噪聲。請回答以下問題：（1）太陽能電池的能量轉化情況是，易于實現無人化和自動化的原因是。（2）太陽能發電系統如圖所示，為最大限度讓太陽能電池板接受陽光，根據我國的地理位置（地處北半球），應將它的正面朝（選填“東”“南”“西”或“北”）。太陽能屬于（選填“可再生能源”或“不可再生能源”）。（3）某太陽能發電系統一天內共發電5100kW?h，則可供多少盞額定功率為100W的“低碳燈”正常工作一小時？15、核電站一旦工作，就不能隨意停下來，而電網白天用電量多，深夜用電量少，為了使核電站穩定工作，建設了抽水蓄能電站，深夜，電動水泵將山下水庫的水抽到山頂水庫，白天用電高峰時，再把山頂水庫的水放下來推動水輪機發電，請分析深夜和白天抽水蓄能電站工作過程中包含哪些能的轉化過程。

【答案與解析】1、【答案】石油【解析】可再生能源有：風能、水能、太陽能、生物質能。

不可再生能源有：煤、石油、天然氣、核能。2、【答案】裂變；可控3、【答案】②④⑥⑧①③⑤⑦⑦【解析】農村自制沼氣、秸稈煤氣、水煤氣、電能都需要通過一次能源加工才能得到，如沼氣和秸稈煤氣需要通過生物質能得到、水煤氣需要通過煤得到、電能則是通過其他各種形式的能源轉化而來。潮汐能源自月球、地球和太陽之間的相互作用。4、【答案】(1)有化學(2)200J(3)太陽能太陽能電池(板)【解析】W＝Fs＝0.1Gs＝0.1mgs＝0.1×20kg×10N/kg×10m＝200J。5、【答案】A【解析】A、一旦發生核泄漏會對人類和環境造成很大的危害，所以和平利用核能應注意防止核泄漏，故A正確；

B、煤燃燒會造成大氣污染，但目前仍是我們利用的主要能源之一，還不應停止開采，故B錯誤；

C、修筑攔河壩建造水電站也會對沿河的水域環境造成影響，給河流通航造成影響等，因此不利影響也是存在的，故C錯誤；

D、石油在地球上的儲量是有限的，一旦消耗就不能短時間內再獲得，是不可再生資源，不能無窮盡地開發，故D錯誤。故選A。6、【答案】B【解析】核能、煤炭、天然氣都屬于不可再生能源，只有太陽能是可再生能源。

7、【答案】D【解析】未來的理想能源必須滿足以下四個條件：第一，必須足夠豐富，可以保證開發利用工作之便；第二，必須足夠低廉，保證多數人用得起；第三，相關技術必須成熟，可以保證安全使用；第四，必須足夠清潔、無污染環境，可以保證不會嚴重影響環境；故選D。8、【答案】A【解析】A、核電站主要利用核裂變的可控鏈式反應來發電的。錯誤，符合題意。B、核電站的核反應堆是利用可控的核裂變反應釋放核能的設備。