第六节 能源和可持续发展 新课标 人教版

第六节 能源和可持续发展 新课标 人教版

第六节 能源和可持续发展 ‎ ‎【指路问津】‎ ‎（1）什么是能量耗散？大多数情况下其他形式的能转化为内能的过程，都是自发的不可逆过程，这是为什么？‎ ‎（2）我国正在开发哪些新能源？其中最具有发展前途的能源是哪些？‎ ‎【典型例题】‎ ‎1．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是 A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散不符合热力学第二定律 C．能量耗散过程中能量仍守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性 ‎[精与解] 所谓能量耗散并不会使总能量减少，但能量将从高度有用的形式降为不大可用的形式。能量耗散过程中能量仍然守恒。所以A错C对。能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性，热力学第二定律已经指出了能量的转移和转化具有方向性，从微观的角度看是大量分子运动有序向无序的变化过程。所以B错D正确。‎ 总装机数(台)‎ ‎26‎ 电 总装机容量(kw)‎ ‎1.820×107‎ 站 年平均发电量(kW·h)‎ ‎8.468×10‎ ‎10‎ 万吨级双线5级船闸(座)‎ ‎1‎ 通 航 ‎3000吨级单线垂直升船机(座)‎ ‎1‎ 年单向通船能力(总吨数)(t)‎ ‎5×107‎ ‎2．长江三峡工程位于长江西陵峡中段,坝址在湖北省宜昌市三斗坪.三峡工程是一座具有防洪、发电、航运及养殖和供水巨大综合利用效益的特大型水利水电工程，长江三峡具有丰富的水利资源，其主要数据如表1、表2所示。‎ 表1 表2 ‎ 坝高(m)‎ ‎185‎ 大 坝长(m)‎ ‎2335‎ 坝 最大蓄水位(m)‎ ‎175‎ 总库容量(m3)‎ ‎3.930×1010‎ 水 库 防洪库容量(m3)‎ ‎2.215×1010‎ 平均年流量(m3)‎ ‎4.510×l011‎ 请根据表1、表2的有关数据完成下列问题。 (1) 最大蓄水位h =___ _____m， 平均年流量V= _______m3，年平均消耗水能E=____ ____J，转化为电能的百分比η =__ _ ____。(2) 若26台发电机组全部建成并发电，按设计要求年发电时间为多少天?‎ ‎[精与解] （1）由表1知最大蓄水位为175m； 平均年流量为4.510×1011m3；‎ 年平均消耗水能 E=mgh=4.510×1011×103×9.8×175J=7.9×1017J；‎ 转化为电能的百分比 η =E电/E=8.468×1010×103×3600 /7.9×1017=38.6％。‎ ‎（2）设年发电时间为t， t=E电/P=8.468×1010/1.820×107h=193.9d。‎ ‎【阶梯训练】‎ ‎[梯次一]‎ ‎1．下列说法正确的是 （ ）‎ A．第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律 B．自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源 C．自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用 D．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 ‎2．下列说法中正确的是（ ）‎ A．能源利用的过程，实质上是能量的转化和传递的过程 B．满足能量守恒定律的过程并不是都可以自发地进行 C．只要对内燃机不断进行改进，它可以把气体的内能全部转化为机械能 D．即使没有漏气，也没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能 ‎3．热力学第一、第二定律的确立，对于永动机的不可能实现，作出了科学上的最后判决，使得人们走出幻想的境界，不断地去探求实现各种能量形式相互转换的具体条件，以求最有效地利用自然界所能提供的各种各样的能源。近几年来，人们特别重视对太阳能的研究与利用，下面列举的能源中，哪些与太阳能无关（ ）‎ A．石油 B．风能 C．水力发电 D．核能 ‎4．为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有 ( )‎ A．禁止使用煤，石油和天然气 B．开发使用核能、大阳能 C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D．植树造林 ‎5．下列说法正确的是 ( )‎ A．能量的耗散说明自然界中能量是不守恒的 B．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 C．煤炭、石油、天然气、核能都是常规能源 D．具有能量的物质都是能源 ‎6．根据能的转化和守恒定律，下列说法中正确的是 ( )‎ A．汽油在气缸燃烧后变成废气排出，说明汽油能量消失了 B．汽油机的效率总小于1，说明能量转化时，总能量是减小的 C．汽油机中，汽油的能量除转化为机械能外，还转化为其它的能量，总能量并未变化 D．机械钟表中，发条的弹性势能全部转化为钟表走动的动能，机械能守恒 ‎7．以下关于能的转化的说法中错误的 ( )‎ A．因为热机的效率不高于40％，说明热能转化为其它形式的能是不守恒的 B．自然界里各种形式的能都可以相互转换 C．通风不良的房间内，电风扇开动后空气温度应比电风扇开动前空气温度略高 D．转动着的空竹发出嗡嗡的响声，是机械能转变为声能 ‎8．一个自由摆动着的秋千，摆动的幅度越来越小，关于在摆动过程中能量变化的下列认识中，错误的是（ ）‎ A．只有动能和势能的相互转化 B．能量正在逐步消失 C．正在减少的动能转化成内能 D．机械能转化为内能 ‎9．说明下列能源利用方式中的能量转化过程：‎ ‎（1）水力发电_________________________________________。‎ ‎（2）电动水泵抽水_______________________________________。‎ ‎（3）柴油机车牵引列车前进_________________________________________。‎ ‎（4）火箭发射人造卫星_________________________________________。‎ ‎（5）植物在阳光下的光合作用是___ __。‎ ‎10．(1) 能源的利用过程，实质上是能量的____ _____过程。‎ ‎(2) 常规能源是指___ ___，新能源有_‎ ‎____。‎ ‎(3)做功与热传递对________ _______是等效的，但从能的转化观点来看，它们的区别在于：做功是_____________________________；热传递则是_________________________。‎ ‎[梯次二]‎ ‎11．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 ‎12．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（ ）‎ A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散不符合热力学第二定律 C．能量耗散过程中能量仍守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性 ‎13．关于能源，下列说法中正确的是（ ）‎ A．大量消耗常规能源对环境的最突出影响是温室效应和酸雨 B．能量耗散现象是指能量在周围环境中消失了 C．能源危机是指非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机 D．太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的能源被称作“新能源”‎ ‎14．能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机，关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。‎ 甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。‎ 乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其它变化。‎ 丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。‎ 丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。‎ 你认为以上说法正确的是（ ）‎ A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 ‎15．下列说法正确的是 ( )‎ A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用 B．固体分子间的吸引力总是大于排斥力 C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界温度较高的空气，这并不违背热力学第二定律 D．满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发地进行 ‎16．下列说法正确的是（ ）‎ A．热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立 B．热力学第二定律揭示了一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 D．热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性 ‎17．根据热力学定律，下列判断正确的是 ( )‎ A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用 B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这 在原理上是可行的 C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 新能源 来自太阳 辐射的能源 可再生 能源 ‎18．凡是能够提供某种形式的能量的物质，或是物质运动，统称为能源。“能源分类相关图” 如图所示，四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（ ）‎ A．煤炭、石油、沼气 B．水能、生物能、天然气 C．太阳能、风能、潮夕能 D．地热能、海洋能、核能 ‎[梯次三]‎ ‎19．汽车发动机的功率为30kw，效率为20%，它带有汽油20L。如果汽车速率为18km/h，这些汽油还能供汽车行驶多远? (汽油的燃烧值为4.704×107kJ/kg，汽油密度为0.8×103kg/m3)‎ ‎20．一小球从距光滑水平面上方1m高处以4m/s的速度水平抛出.由于空气阻力，小球从水平面上弹起的高度不断降低，最后以2m/s的速度在光滑水平面上运动．设上述过程中，转化为内能的能量有50%被小球吸收，那么小球的温度将升高多少度? (小球的比热容100J/kg·℃，g取10m/s2)‎ ‎21．有一块0℃的冰雹自高空落下，若落地时其势能的80%转化为本身的内能，将自己熔化为0℃的水，求下落的高度。(冰的熔化热为3.34×105J/kg)‎ ‎22．某海湾共占面积1.0×107m2，涨潮时水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变，退潮时，坝外水位降至18m，假如利用此水坝建水力发电站，且重力势能转化为电能的效率为10％，每天有两次涨潮，问该电站一天能发出多少电能。(g=l0m/s2)‎ ‎23．某太阳能热水器，集光板面积为1.5m2，贮水容量为0.2m3。冬天时，太阳照射到集光板上，与太阳光垂直的每平方米面积上接受的太阳能为600J/(s·m2)，设太阳光连续照射10h，试估算水温最多升高多少?‎ ‎24．“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看做圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E′通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）。‎ ‎（1）试导出以下各物理量的符号表示散失能量E′的公式。‎ ‎（2）算出E′的数值（结果保留两位有效数字）。‎ 坠落开始时空间站的质量M=1.17×‎105 kg；‎ 轨道离地面的高度h=‎146 km；地球半径为R=6.4×‎106 m；‎ 坠落空间范围内重力加速度可看做g=‎10 m/s2；‎ 入海残片的质量m=1.2×‎104 kg；‎ 入海残片的温度升高ΔT=3000 K；‎ 入海残片的入海速度为声速v=‎340 m/s；‎ 空间站材料每‎1 kg升温1 K平均所需能量C=1.0×103 J；‎ 每销毁‎1 kg材料平均所需能量μ=1.0×107 J。‎ ‎[参考答案]‎ ‎1．CD 2．ABD 3．D 4．BD 5．BC 6．C 7．A 8．ABC 9．(1)机械能→电能 (2) 电能→机械能 (3) 化学能→内能→机械能 (4) ‎ 化学能→内能→机械（5）太阳能→植物能 10．（1）转化和传递 （2）煤、石油、天然气等;核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等 （3）改变物体的内能，能量的转化，能量的转移 11．D 12．CD 13．ACD 14．D 15．C 16．BCD 17．B 18．C 19．2.5×104m 20．0.08℃ 21．42653m ‎22．4×1010J 23．Δt≈38.6oC ‎24．（1）根据题目所给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g=10 m/s2.若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为Ep=Mgh ①‎ 以v表示空间站在近圆轨道上的速度，有引力提供向心力，由牛顿定律得 Mg=Mv2/R+h ②‎ 由②式可得空间站在近圆轨道上的动能为Ek=Mg(R+h)/2 ③‎ 由①、③式得，在近圆轨道上空间站的机械能E=Mg(R/2＋3h/2) ④‎ 在坠落过程中，用于一部分销毁所需的能量为Q汽=（M-m）μ ⑤‎ 用于残片升温所需的能量Q残=CmΔT ⑥‎ 残片入海时的动能为E残= mv2/2 ⑦‎ 以E′表示其他方式散失的能量，则由能量守恒得E=Q汽+E残+Q残+E′ ⑧‎ 将④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得 E′=Mg(R/2+3h/2)－(M－m)μ－mv2/2－CmΔT ⑩‎ ‎（2）将题目所给的数据代入⑩式解得E′=2.9×1012 J