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第1节 能源利用的现状和面临的挑战（导学案）
【学习目标】
1. 了解人类利用能源的历程，列举常见的不可再生能源和可再生能源。了解人类能源利用面临的挑战，进一步强化能量观念。
2. 收集各种形式能源的资料，并结合能源特点进行分类整理、归纳总结，发展科学思维能力。
3. 观察与感悟各种能量与生产生活的联系，发展观察能力。会通过多种方式收集信息，发展获取证据的能力。
4. 了解我国和世界的能源状况，增强保护环境、节约能源的意识，具有在力所能及的范围内为人类可持续发展作贡献的意识。
【学习重点】能源及其分类。
【学习难点】涉及热现象的能量转移和转化具有方向性。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1．凡是能提供 的物质资源，都可以叫能源。煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期地质变迁中形成的，所以称为 。
2. 人类利用能源的历程
（1）火的利用：开启了以 作为主要能源的时代。
（2）化石能源的利用：蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。化石能源是当今世界的主要能源，推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会。
（3）电能的利用：19世纪以来， 现象的发现，发明了发电机，使煤、石油等化石能源转换成更加便于输送和利用的 能。
3. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源： 能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
4. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从 获得的能源称为一次能源。化石能源都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗 能源才能得到的能源称为二次能源。常见的二次能源： 能、汽油、柴油、酒精等。
5. 能源利用面临的挑战
涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。能源的利用是有限的。
6．人类能源消耗量急剧增长，如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。能源使用对环境会造成影响。
【课堂探究】
探究一、人类利用能源的历程
1. 能量与能源
（1）能量：物质的运动和相互作用的方式多种多样，每种运动形式都对应相应的能量。常见的能量：如机械能、内能、化学能、电能、核能等。
（2）能源：能够提供 的物质资源叫做能源。生产和生活中利用的各种能量，是通过不同的能源提供的。各种能源的广泛利用，极大地促进了人类文明的发展。
2. 常见的能源
【回忆能源的种类，进行归纳】
（1）化石能源：我们使用的煤、石油、天然气，是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为 能源。化石能源是当今世界的主要能源。
（2）生物质能：由生命物质提供的能量称为生物质能。生物质能可以理解为生物机体物质发生化学变化时释放的能量。例如食物分解和柴薪燃烧等都提供了生物质能。
（3）水能、风能：由自然界中的流水和风提供的能量。
（4）地热能：由地球内部提供的一种内能。
（5）电能：由其他形式的能转化而来的供各种用电器使用的能量。电能的优点：
①电能便于输送。②电能便于 ：电能通过用电器可以比较方便地转化为机械能、化学能、光能、内能等其他形式的能量，为人类所用。
3. 人类利用能源的历程
（1）火的利用：钻木取火是从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以柴薪作为主要能源的时代。柴薪燃烧时的能量转化：化学能转化为 能。
（2）蒸汽机的发明：蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐步以机械动力大规模代替人力和畜力，直接导致了第二次能源革命。蒸汽机的能量转化：内能转化为 能。
（3）化石能源：是当今世界的主要能源，推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会。化石能源的能量转化：化学能转化为 能。
（4）电能的利用：19世纪以来，电磁感应现象的发现，发明了发电机，使煤、石油等化石能源转换成更加便于输送和利用的电能。电能的利用是人类进入现代文明社会的标志。电能是由其他形式的能转化而来的，它最终还要转化为光能、内能、机械能等其他形式的能，为人类所用。发电机的能量转化：机械能转化为 能。
4. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源：化石能源等不能在短期内从 得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
5. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源称为一次能源。化石能源（煤、石油、天然气）都是一次能源，其他常见的一些能源： 等也都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源称为二次能源。常见的二次能源： 能、汽油、柴油、酒精等。
【例题1】煤、石油、天然气是埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，叫做________能源。化石能源、风能、水能、太阳能、地热能以及核能可以直接从自然界获取，叫做______能源；电能需消耗一次能源才能得到，叫做______能源。
探究二、能源利用面临的挑战
【想一想】我们已经知道能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？
1. 能源的利用
（1）能量转化和转移过程是有方向性的
汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。同样，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。
结论：涉及热现象的能量转化和转移过程是有 性、不可逆的。
（2）能源的利用是有限的
人们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的。有些能量可以利用，有些则不能。因此，能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的。
2. 能源危机
（1）人类能源消耗量急剧增长
由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显 。如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×107J/kg的标准煤来计算，1950年为26亿吨，1987年为110多亿吨，2007年达到160亿吨，2022年达到 205亿吨。如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。
（2）能源使用对环境会造成危害
例如，由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的 。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。
（3）开发 能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。
【例题2】如图分别是某一年中国与世界能源消耗结构图，从图和所学的知识可知（ ）
A．在这一年中国水电消耗的比例比世界的大
B．世界消耗的能源以化石能源为主
C．因为煤炭是二次能源，所以中国以煤炭为主要能源
D．多烧煤少用天然气符合建设生态文明城市的要求
【精讲点拨】
1. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源：化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
2. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源。化石能源（煤、石油、天然气）都是一次能源，其他常见的一些能源：风能、水能、太阳能、地热能、核能等也都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源。常见的二次能源：电能、汽油、柴油、酒精等。
【归纳整理】
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
【课堂练习】
1．我国在城市建设和乡村振兴计划中，重视能源的开发利用，具有重大意义。下列能源属于不可再生能源的是（　　）
A．太阳能 B．石油 C．风能 D．水能
2．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。下列属于可再生能源的是（　　）
A．煤 B．石油 C．天然气 D．风能
3．能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。关于能源的开发和利用，下列说法不正确的是（　　）
A．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的
B．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔
C．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径
D．煤是不可再生能源，而且以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染
4. 图为近两个多世纪以来人类能源消耗曲线图，由图可知，自1950年以来，人类能源消耗的情况（　　）
A．显著增长 B．平稳增长 C．稳中有降 D．显著减少
5．2024年2月初春运期间，湖南省由于暴雪天气的影响，高铁停运，乘客无法下车，为了能让坐高铁的乘客正常出行，铁路部门用绿皮火车头带动高铁正常运行，这引起了人们的好奇和思考。下列说法中正确的是（　　）
A．绿皮火车的动力源是内燃机，其在压缩冲程中，内能转化为机械能
B．高铁是靠电力驱动，电能属于二次能源
C．内燃机的燃料属于可再生能源
D．一般情况下内燃机的效率高于电动机的效率
6. 汽车给人们带来诸多方便，但也造成了一些负面影响，如能源消耗、尾气污染、噪声污染、交通拥堵．请你从可持续发展的角度，就如何减小汽车的负面影响，提出一条合理化建议：__________。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
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第1节 能源利用的现状和面临的挑战（导学案）
【学习目标】
1. 了解人类利用能源的历程，列举常见的不可再生能源和可再生能源。了解人类能源利用面临的挑战，进一步强化能量观念。
2. 收集各种形式能源的资料，并结合能源特点进行分类整理、归纳总结，发展科学思维能力。
3. 观察与感悟各种能量与生产生活的联系，发展观察能力。会通过多种方式收集信息，发展获取证据的能力。
4. 了解我国和世界的能源状况，增强保护环境、节约能源的意识，具有在力所能及的范围内为人类可持续发展作贡献的意识。
【学习重点】能源及其分类。
【学习难点】涉及热现象的能量转移和转化具有方向性。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1．凡是能提供能量的物质资源，都可以叫能源。煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期地质变迁中形成的，所以称为化石能源。
2. 人类利用能源的历程
（1）火的利用：开启了以柴薪作为主要能源的时代。
（2）化石能源的利用：蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。化石能源是当今世界的主要能源，推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会。
（3）电能的利用：19世纪以来，电磁感应现象的发现，发明了发电机，使煤、石油等化石能源转换成更加便于输送和利用的电能。
3. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源：化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
4. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源称为一次能源。化石能源都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源称为二次能源。常见的二次能源：电能、汽油、柴油、酒精等。
5. 能源利用面临的挑战
涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。能源的利用是有限的。
6．人类能源消耗量急剧增长，如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。能源使用对环境会造成影响。
【课堂探究】
探究一、人类利用能源的历程
1. 能量与能源
（1）能量：物质的运动和相互作用的方式多种多样，每种运动形式都对应相应的能量。常见的能量：如机械能、内能、化学能、电能、核能等。
（2）能源：能够提供能量的物质资源叫做能源。生产和生活中利用的各种能量，是通过不同的能源提供的。各种能源的广泛利用，极大地促进了人类文明的发展。
2. 常见的能源
【回忆能源的种类，进行归纳】
（1）化石能源：我们使用的煤、石油、天然气，是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为化石能源。化石能源是当今世界的主要能源。
（2）生物质能：由生命物质提供的能量称为生物质能。生物质能可以理解为生物机体物质发生化学变化时释放的能量。例如食物分解和柴薪燃烧等都提供了生物质能。
（3）水能、风能：由自然界中的流水和风提供的能量。
（4）地热能：由地球内部提供的一种内能。
（5）电能：由其他形式的能转化而来的供各种用电器使用的能量。电能的优点：
①电能便于输送。②电能便于转化：电能通过用电器可以比较方便地转化为机械能、化学能、光能、内能等其他形式的能量，为人类所用。
3. 人类利用能源的历程
（1）火的利用：钻木取火是从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以柴薪作为主要能源的时代。柴薪燃烧时的能量转化：化学能转化为内能。
（2）蒸汽机的发明：蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐步以机械动力大规模代替人力和畜力，直接导致了第二次能源革命。蒸汽机的能量转化：内能转化为机械能。
（3）化石能源：是当今世界的主要能源，推动了化石燃料工业的兴起，使人类进入工业化社会。化石能源的能量转化：化学能转化为内能。
（4）电能的利用：19世纪以来，电磁感应现象的发现，发明了发电机，使煤、石油等化石能源转换成更加便于输送和利用的电能。电能的利用是人类进入现代文明社会的标志。电能是由其他形式的能转化而来的，它最终还要转化为光能、内能、机械能等其他形式的能，为人类所用。发电机的能量转化：机械能转化为电能。
4. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源：化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
5. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源称为一次能源。
化石能源（煤、石油、天然气）都是一次能源，其他常见的一些能源：风能、水能、太阳能、地热能、核能等也都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源称为二次能源。
常见的二次能源：电能、汽油、柴油、酒精等。
【例题1】煤、石油、天然气是埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，叫做________能源。化石能源、风能、水能、太阳能、地热能以及核能可以直接从自然界获取，叫做______能源；电能需消耗一次能源才能得到，叫做______能源。
【答案】化石，一次，二次。
【解析】煤、石油、天然气是埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，叫做化石能源；使用之后在短时间内无法得到补充，所以也属于不可再生能源。
自然界存在的、可以直接使用的能源，叫做一次能源。从一次能源经过加工转换而来的能源，叫做二次能源。
化石能源、风能、水能、太阳能、地热能以及核能可以直接从自然界获取，叫做一次能源；电能需消耗一次能源才能得到，叫做一次能源。
探究二、能源利用面临的挑战
【想一想】我们已经知道能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？
1. 能源的利用
（1）能量转化和转移过程是有方向性的
汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。同样，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。
结论：涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。
（2）能源的利用是有限的
人们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的。有些能量可以利用，有些则不能。因此，能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的。
2. 能源危机
（1）人类能源消耗量急剧增长
由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显加快。如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×107J/kg的标准煤来计算，1950年为26亿吨，1987年为110多亿吨，2007年达到160亿吨，2022年达到 205亿吨。如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。
（2）能源使用对环境会造成危害
例如，由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的温室效应。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。
（3）开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题。
【例题2】如图分别是某一年中国与世界能源消耗结构图，从图和所学的知识可知（ B ）
A．在这一年中国水电消耗的比例比世界的大
B．世界消耗的能源以化石能源为主
C．因为煤炭是二次能源，所以中国以煤炭为主要能源
D．多烧煤少用天然气符合建设生态文明城市的要求
【解析】A．在这一年中国水电消耗的比例为5.9%，比世界的（6.4%）小；该选项错误。
B．世界消耗的能源以化石能源为主；该选项正确。
C．煤炭是一次能源，所以该选项错误。
D．多烧煤少用天然气，污染严重，不符合建设生态文明城市的要求，该选项错误。故选B。
【精讲点拨】
1. 不可再生能源与可再生能源
（1）不可再生能源：化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源。
2. 一次能源和二次能源
（1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源。化石能源（煤、石油、天然气）都是一次能源，其他常见的一些能源：风能、水能、太阳能、地热能、核能等也都是一次能源。
（2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源。常见的二次能源：电能、汽油、柴油、酒精等。
【归纳整理】
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
【课堂练习】
1．我国在城市建设和乡村振兴计划中，重视能源的开发利用，具有重大意义。下列能源属于不可再生能源的是（　　）
A．太阳能 B．石油 C．风能 D．水能
【答案】B
【详解】ACD．太阳能、风能、水能可以从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源，故ACD不符合题意；
B．石油是经过漫长的地质年代形成的，在短期内不能从自然界得到补充，属于不可再生能源，故B符合题意。故选B。
2．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向。下列属于可再生能源的是（　　）
A．煤 B．石油 C．天然气 D．风能
【答案】D
【详解】ABC．煤、石油、天然气属于化石燃料，不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故ABC不符合题意；
D．风能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故D符合题意。
故选D。
3．能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。关于能源的开发和利用，下列说法不正确的是（　　）
A．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的
B．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔
C．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径
D．煤是不可再生能源，而且以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染
【答案】C
【详解】A. 能量的转化和转移是有方向性的，具有不可逆性，故A正确，不符合题意；
B. 太阳能是一次能源，是一种新型的无污染的能源，太阳能是取之不尽的能源，可直接利用且对环境的污染小，前景广阔，故B正确，不符合题意；
C. 核能是不可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径，故C错误，符合题意；
D. 煤不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染，故D正确，不符合题意。
故选C。
4. 图为近两个多世纪以来人类能源消耗曲线图，由图可知，自1950年以来，人类能源消耗的情况（　　）
A．显著增长 B．平稳增长 C．稳中有降 D．显著减少
【答案】 A。
【详解】根据图像看出，自1950年以来，人类能源消耗的情况逐年上升，增长幅度也是显著的。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
5．2024年2月初春运期间，湖南省由于暴雪天气的影响，高铁停运，乘客无法下车，为了能让坐高铁的乘客正常出行，铁路部门用绿皮火车头带动高铁正常运行，这引起了人们的好奇和思考。下列说法中正确的是（　　）
A．绿皮火车的动力源是内燃机，其在压缩冲程中，内能转化为机械能
B．高铁是靠电力驱动，电能属于二次能源
C．内燃机的燃料属于可再生能源
D．一般情况下内燃机的效率高于电动机的效率
【答案】B。
【详解】A．绿皮火车的动力源是内燃机，其在做功冲程中，内能转化为机械能，故A错误；
B．高铁是靠电力驱动，电能都是通过其他形式的能转化而来的，是二次能源，故B正确；
C．内燃机工作过程中燃烧的柴油、汽油、天然气都属于不可再生能源，故C错误；
D．热机在工作过程中损失的能量较多，效率很低，一般情况下内燃机的效率低于电动机的效率，故D错误。
故选B。
6. 汽车给人们带来诸多方便，但也造成了一些负面影响，如能源消耗、尾气污染、噪声污染、交通拥堵．请你从可持续发展的角度，就如何减小汽车的负面影响，提出一条合理化建议：__________。
【答案】尽量骑自行车、步行、乘公交车出行；尽量购买小排量汽车。
【解析】减小汽车的负面影响，我们可以从低碳环保的角度来分析，如尽量骑自行车、步行、乘公交车出行；尽量购买小排量汽车等均可。
【课后反思】
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