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第第4 4节节 能源与可持续发展能源与可持续发展第4节 能源与可持续发展2寒冷的冬天，我们用电或煤取暖寒冷的冬天，我们用电或煤取暖2寒冷的冬天，我们用电或煤取暖3 既既然然能能量量是是守守恒恒的的，不不能能被被创创造造或或消消灭灭，只只能能从从一一个个物物体体转转移移到到另另一一个个物物体体，或或者者从从一一种种形形式式转转化化为为另另一一种种形形式式，为为什么我们还要提倡节约能源呢？什么我们还要提倡节约能源呢？3 既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，只能从一个物体4可可以以看看出出，由由于于取取暖暖和和使使用用电电器器，室室内内温温度度比比室室外外高高。热热量量散散失失到到室室外外后后，是是不不能能被回收并重新利用的。被回收并重新利用的。一座房屋的红外线照片一座房屋的红外线照片4可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到5手握冰块，内能从手转移到冰块手握冰块，内能从手转移到冰块5手握冰块，内能从手转移到冰块6运运行行中中的的汽汽车车，发发动动机机温温度度会会升升高高，要有专门的冷却系统给发动机降温要有专门的冷却系统给发动机降温6运行中的汽车，发动机温度会升高，要有专门的冷却系统给发动机7 燃燃料料燃燃烧烧时时，一一旦旦把把自自己己的的热热量量释释放放出出去去，它它就就不不会会再再次次自自动动聚聚集集起起来来供供人人类类重重新新利利用用，电电池池中中的的化化学学能能转转化化为为电电能能，它它又又通通过过灯灯泡泡转转化化成成内内能能和和光光能能，热热和和光光被被其其他他物物质质吸吸收收后后变变为为周周围围环环境境的的内内能能，我我们们无无法法把把这这些些内内能能收收集集起起来来重重新新利利用用这这种种现现象象叫叫做做能能能能量的耗散量的耗散量的耗散量的耗散7 燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它就不会再8 能能量量的的耗耗散散从从能能量量转转化化的的角角度度反反映映出出自自然然界界中宏观过程的方向性。中宏观过程的方向性。正正是是因因为为能能量量转转化化的的方方向向性性，能能量量的的利利用用受受这这种种方方向向性性的的制制约约，所所以以能能量量的的利利用用是是有有条条件件的的，也也是是有有代代价价的的不不可可能能把把内内能能全全部部转转化化为为机机械械能能而不引起其他的变化。而不引起其他的变化。8 能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的9 燃燃料料的的化化学学能能一一部部分分转转化化为为食食物物的的内内能能，最最终终都都转转化化为为周周围围环环境境的的内内能能而而散散失失，不不能能被被我们再利用。我们再利用。9 燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为10能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?能能量量耗耗散散和和能能量量守守恒恒并并不不矛矛盾盾，能能量量耗耗散散表表明明，在在能能源源利利用用的的过过程程中中，即即在在能能量量的的转转化化过过程程中中，能能量量在在数数量量上上并并没没有有减减少少但但是是可可利利用用的的品品质质上上降降低低了了，从从便便于于利利用用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因 这这说说明明能能量量的的耗耗散散从从能能量量转转化化的的角角度度反反映映出出自自然然界中宏观过程的方向性界中宏观过程的方向性 10能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?能量11一、能量转化和转移的方向性一、能量转化和转移的方向性1 1、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。2 2、机机械械能能可可以以完完全全转转化化为为内内能能，而而内内能能不不可可能能自自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。3 3、自自然然界界实实际际进进行行的的与与热热现现象象有有关关的的一一切切宏宏观观过过程都是有方向性不可逆的过程。程都是有方向性不可逆的过程。11一、能量转化和转移的方向性1、内能总是自动地从高温物体向124 4、能量的转化效率、能量的转化效率 为为了了衡衡量量机机器器能能将将多多少少输输入入能能量量转转化化为为有有用用的的能能量量，提提出出了了“能能量量转转化化效效率率”，它它是是转转化化为为有有用用功功的的能能量跟输入能量的比值。量跟输入能量的比值。转化效率转化效率=100%=100%124、能量的转化效率转化效率=13机械能可以全部转化为机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部内能，而内能不可全部转化为机械能而不引起转化为机械能而不引起其他变化，热机的效率其他变化，热机的效率不可能不可能1001000 0/0 0例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有37370 0/0 0通过通过发动机散热系统排除，发动机散热系统排除，37370 0/0 0直接由排气管排出，有直接由排气管排出，有26260 0/0 0变为变为发动机输出的机械能发动机输出的机械能,真正用于做有用功的能量竟然不到输真正用于做有用功的能量竟然不到输入能量的入能量的131313机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械能而不14蒸蒸汽汽机机的的效效率率非非常低，仅有常低，仅有3 314蒸汽机的效率非常低，仅有315化石燃料的开发和利用化石燃料的开发和利用火力发电厂火力发电厂海上石油平台海上石油平台二、能源开发与可持续发展二、能源开发与可持续发展15化石燃料的开发和利用火力发电厂海上石油平台二、能源开发与16浓烟滚滚的工厂浓烟滚滚的工厂酸雨毁坏的森林酸雨毁坏的森林16浓烟滚滚的工厂酸雨毁坏的森林17新能源的的开发和利用新能源的的开发和利用地热发电站地热发电站水力发电站水力发电站17新能源的的开发和利用地热发电站水力发电站18太阳能发电站太阳能发电站大亚湾核电站大亚湾核电站18太阳能发电站大亚湾核电站19风风 力力 发发 电电 站站19风 力 发 电 站20例例1 1、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是 （）A A某种形式的能减少某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加一定存在其他形式的能增加B B某个物体的能减少某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加、必然有其他物体的能增加、C C不不需需要要任任何何外外界界的的动动力力而而持持续续对对外外做做功功的的机机器器永永远不可能制成远不可能制成D D石石子子从从空空中中落落下下,最最后后停停止止在在地地面面上上,说说明明机机械械能能消失了消失了ABCABC20例1、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是ABC21例例2 2、在在能能源源的的利利用用过过程程中中，即即在在能能量量_的的过过程程中中，能能量量在在数数值值上上并并未未_，但但在在可可利利用用的的品品质质上上降降低低了了，从从便便于于利利用用的的变变为为_的的了了.这这是是能能源源危危机机更更深深层层次次的的含含意意，也也是是“自自然然界界的的能能量量虽虽然然守守恒恒，但但还还是是要要节约能源节约能源”的根本原因的根本原因.转转 化化减少减少不便于利用不便于利用21例2、在能源的利用过程中，即在能量_的过程中，能221 1在在一一间间隔隔热热很很好好的的密密闭闭房房间间中中，把把正正在在工工作作的的电电冰冰箱箱门打开，室内空气温度将门打开，室内空气温度将 ()()A A升高升高 B B不变不变C C降低降低 D D不可能升高不可能升高A A221在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开23解析：解析：设运动员克服重力做功的功率为设运动员克服重力做功的功率为P P1 1，则则P P1 1=mgh/t=mgh/t1 1 (t (t1 1=1 h)=1 h)，则则人人体体消消耗耗化化学学能能的的功功率率P P2 2=P P1 1/(为为转转化化效效率率).).因因此此 P P2 2=mgh/t=mgh/t1 1，运运 动动 员员 在在 5 5 h h内内 共共 消消 耗耗 的的 化化 学学 能能E=PE=P2 2t t2 2=610=6106 6 J.J.2 2、人人身身体体在在最最佳佳状状态态下下，只只能能把把人人体体化化学学能能的的2525转转化化为为有有用用的的机机械械能能.假假如如一一位位质质量量为为60 60 kgkg的的登登山山运运动动员员恰恰好好具具有有这这样样的的转转化化效效率率，若若他他平平均均每每小小时时登登高高500 500 m m，那那么么，他在他在5 h5 h内共消耗的化学能为多少？内共消耗的化学能为多少？(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)23解析：设运动员克服重力做功的功率为P1，2、人身体在最佳243 3、一个多世纪以来，人类能源消耗急剧增长，如图所示、一个多世纪以来，人类能源消耗急剧增长，如图所示.(1)(1)看图后，说说你最担心的问题；看图后，说说你最担心的问题；(2)(2)要解决你最担心的问题，一方面要解决你最担心的问题，一方面谈谈在日常生活中你应该怎么做谈谈在日常生活中你应该怎么做(至少说出两点至少说出两点)，另一方面谈谈你有，另一方面谈谈你有什么设想什么设想(谈一点即可谈一点即可).).解解析析：(1)(1)只只要要说说出出关关于于能能源源危危机机或或环环境境保保护护方方面面的的问题即可问题即可(2)(2)日日常常生生活活中中只只要要说说出出节节约约能能源源(如如电电能能、水水能能、天天然然气气、煤煤、柴柴)，说说出出开开发发新新能能源源、提提高高燃燃料料的的利利用用率率、提提高高各各种种耗耗能能设设备备效效率率等等方方面面的的想想法法即即可可(如如：集集中中供供热热；进进一一步步开开发发水水能能、风风能能、核核能能、太太阳阳能能；利利用用锅锅炉炉的的余余热热；将将化化学学能能直直接接转转化化为为电电能，减少能量在多次转化中的损失能，减少能量在多次转化中的损失).).243、一个多世纪以来，人类能源消耗急剧增长，如图所示.解析251 1、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。2 2、自自然然界界实实际际进进行行的的与与热热现现象象有有关关的的一一切切宏宏观观过过程程都都是有方向性不可逆的过程。是有方向性不可逆的过程。3 3、能能量量的的利利用用过过程程在在许许多多情情况况下下是是不不可可逆逆的的，我我们们要要珍珍惜惜现现有有的的能能源源，提提高高能能源源的的利利用用率率。注注意意开开发发多多种种能能源源资资源源，减减少少对对矿矿产产能能源源的的依依赖赖，优优先先开开发发太太阳阳能能、风风能、地热能、海洋能、生物质能等能源。能、地热能、海洋能、生物质能等能源。251、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。2、自然界实
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