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第18章 能源与可持续发展
知识结构
火的利用
化石能源的利用
电能的利用
核能的利用
人类文明发展
能源利用
能源的分类
能源是指能为人类提供能量的物质资源。
清洁能源
可再生能源
新能源
化石能源
太阳能
核能
水能
风能
练1.能源开发和利用技术的进步是人类社会文明发展的重要标志，在煤、石油、风能和太阳能这几种能源中，属于可再生能源的有 ，属于清洁能源的有 .
风能、太阳能
风能、太阳能
化石能源属于不可再生、非清洁、常规能源
可再生能源
不可再生能源
常规能源
新能源
清洁能源
非清洁能源
能源
核能
原子核式结构模型
原子核：很小
质子和中子组成
核外电子：负电
粒子间存在强大的作用力
获取核能
核能
原子核发生变化时，就可能释放出能量
核电站
原子弹
加以控制
无法控制
太阳内部热核反应
释放出大量的能量
核聚变
〓
核裂变
〓
链式反应
核电站
内能—>机械能
机械能—>电能
核电站由核反应堆、汽轮机和发电机等组成
练2.核电站所用的核燃料属于 （填“可再生”或“不可再生”）能源，在核反应堆中，核燃料发生 释放出大量的核能，最后发电机利用 原理发电。
下列关于水能发电的说法，正确的是（　　）
A.利用水能发电不会破坏生态环境，所以要尽可能多的修建水力发电站
B.利用水能发电，发电机是利用电磁感应原理发电
C.水力发电是将水的内能转化为电能
D.水能比电能更方便输送和转化
不可再生
核裂变
电磁感应
B
水力发电：机械能—>电能
练3.我国核动力潜艇的相关技术已十分成熟，目前正在加紧研究将大功率核动力用于航空母舰的技术。关于核动力航母说法正确的是（　　）
A．航母使用的核能属于可再生能源
B．航母核反应堆里发生的是核聚变
C．航母核反应堆中发生的链式反应是可以控制的
D．航母核反应堆产生的核废料对环境没有污染
C
核燃料不可再生
太阳能
优点
“能源之母”
利用方式
可再生、清洁、分布广、获取方便等
地球上除 、 、 外几乎所有能源来自太阳。
核能
地热能
潮汐能
光热转化
光电转化
光化转化
练4.许多城市都在推广利用太阳能，城市交通指示灯及路灯照明系统已大量使用太阳能，下列关于太阳能的说法错误的是（　　）
A．太阳是一个巨大的“核能火炉”
B．太阳能电池板是将太阳能转化电能
C．太阳能属于可再生能源
D．太阳能清洁，获取稳定
热核反应区，极高的温度和压强。氢经过热核聚变反应为氦，并释放出能量，正是这巨大的能源带给了我们光和热。
D
练5.某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（　　）
A．电能→机械能→光能
B．光能→机械能→电能
C．光能→电能→机械能
D．机械能→电能→光能
C
能量转化的基本规律
永动机不存在
能量守恒定律
能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转移或转化的过程中，其 。
能源危机？
能量转移与转化有方向性
可利用的能量只会减小
凭空消失
凭空产生
总量保持不变
练6.“永动机”至今没有创造成功，其原因是（　　）
A．科学技术还不够先进
B．机器不能对外输出能量
C．违背了能量守恒定律
D．机器只能转移能量，不能转化能量
C
能量转化效率
Q=qm
W=Fs
W=Pt
=E输出的有用能量/E输入的总能量×100%
白炽灯的发光效率 =10J/100J=10%
例2“24V 12W”的LED灯，与“220V 100W”的白炽灯亮度相当
节能灯的发光效率 =100W t 10%/12W t=83.3%
节能灯能量转化率高，在发光程度相同时，消耗的电能少。
能流图
100J电能
10J光能
90J内能
例1：一只白炽灯消耗100J电能，获得10J光能
E光能=E电能
100W t 10%=12W t
练7.如图，某太阳能汽车接受太阳光能的面板面积S=8m2，正对太阳时能产生U=120V的电压，并对整车提供最大为10A的电流，电动机线圈的电阻为R=4Ω。太阳光照射到地面上1m2的面积上的辐射功率P0=1.0×103W．求：（汽油热值q=4.6×107J/kg）
（1）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率η1
（2）电动机的工作效率η2
（3）某汽油发动机的效率为30%，此汽油发动机对车获得相同的输出功率，每分钟需要燃烧多少克的汽油？
太阳能
电能
W电=UIt
W太=P0t
Q=I 2Rt
η1= W电/ W太=UIt/P0t
=120v×10A/1.0×103W×8
=15%
机械能
内能
W=Uit-I 2Rt
η2= W/W电=800W/1200W=67%
Q=I 2Rt=（10A）2×4Ω ×t=400Wt
W=E电-Q=1200Wt-400Wt=800Wt
Q=W/η=800W×60s/0.3=1.6×105J
m=Q/q=1.6×105J/4.6×107J/kg=3.48g
练8.关于能源和能量的说法正确的是（　　）
A．煤和石油都是可再生能源
B．汽车可以从排放的尾气中吸收能量，不消耗新的能源，返回原地
C．江苏田湾核电站是利用核裂变发电的
D．根据能量守恒定律，能量不会消失，所以是不会有能源危机的
C
练9.图示为某市空气中PM2.5的来源分布图PM2.5是指直径小于或等于2.5μm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的排放量，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

PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这些气体污染物往往是人类对化石燃料（煤、石油等）和垃圾的燃烧造成的， 提倡“低碳环保” 。
C
可持续发展
能量守恒定律、能量转移与转化具有方向性
有用的能源只能减少
社会可持续发展
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
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
减少环境污染等
练10.早期的风光互补发电巧妙利用太阳光强时风速小，光弱时风速大的自然特点，使风能、光能互补，从而基本保证发电功率稳定。
（1）风能和光能都来源于 。若太阳光弱的时候风速小， （选填“能”或“不能”）实现风光互补发电。
（2）风机功率和风速的三次方成正比，风速加倍，其功率增加到原来的 倍。光伏功率和光辐射量有关，单位面积光能的功率叫光的辐射量，其单位是 。
（3）用风光互补发的电对额定功率P的用电器供电，风机功率为P1，光伏功率为P2，当P1+P2= ，用电器正常工作。如图乙是某风光互补发电系统一段时间内功率变化的图线，在 （选填“9”或““11”）点钟左右，光伏功率最大。对于额定功率为1kW的用电器，在13点～16点这段时间里，风光互补发的电 （选填“能”或“不能”）满足其工作。
太阳
不能
8
W/m2
P
11
能
练11.小黄家中新购置了一台挂式电热水器，他查看了电热水器说明书后，将电热水器内部电路结构简化成如图所示电路图，该热水器设有高、中、低三档，电热丝R 1=50Ω，电热丝R 2=220Ω，电热转化效率为84%，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），求：
（1）高温档的加热功率
（2）用低温档将22kg水从20℃加热到60℃需要的时间
Q=I 2Rt=U 2t/R
S1、S2均闭合 高温档
S1闭合 中温档
S2闭合 低温档
=Q/W×100%
W=Q/ ×100%
P=P1+P2=(220V)2/50Ω+ (220V)2/220Ω=1188W
Q=cmΔt= 4.2×103J/（kg ℃）× 22kg × (60-20) ℃ =3.696 ×106J
W=Q/ ×100%= 3.696 ×106J/0.84=4.4 ×106J
t=W/P= 4.4 ×106J/220W=2×104s
练12.有一种环保汽车，以蓄电池为驱动能源．此环保汽车运动时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为汽车提供动力．当它在水平路面上匀速行驶时，电动机工作电流为50A，工作电压为300V.
(1)蓄电池为电动机供电时将 转化为 。
(2)如果改用太阳能电池给车上的电动机供电，其它条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积。（已知太阳辐射的总功率为4×1026 W，太阳到地球的距离为1.5×1011m，半径为r的球其表面积为4πr2，太阳光传播到地面的过程中，设有29.35%的能量损耗，该车所用太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为15%．）
化学能
电能
P
P0
P0=P× /S
=4×1026 W×(1-0.2935)/4×3.14×(1.5×1011m)2
=1000W/m2
P电
P车=P0S
P车
P电=P车15%=P0S15%
S=P电/P015%=300V×50A/1000W/m2×0.15=100m2
谢谢！

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