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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山东海阳核电站山东海阳核电站1 1、知道能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重、知道能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性要性2 2、了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持、了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重要意义续发展的重要意义寒冷的冬天，我们用电或煤取暖寒冷的冬天，我们用电或煤取暖 既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式，为什么我们还要提种形式转化为另一种形式，为什么我们还要提倡节约能源呢？倡节约能源呢？可以看出，由于取暖可以看出，由于取暖和使用电器，室内温和使用电器，室内温度比室外高。热量散度比室外高。热量散失到室外后，是不能失到室外后，是不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运行中的汽车，发动机温度会升高，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降温要有专门的冷却系统给发动机降温 燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用这种现象叫做无法把这些内能收集起来重新利用这种现象叫做 能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界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方向性。中宏观过程的方向性。 正是因为能量转化的方向性，能量的利用受正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的不可能把内能全部转化为机械能也是有代价的不可能把内能全部转化为机械能而不引起其他的变化。而不引起其他的变化。 燃料的化学能一燃料的化学能一部分转化为食物的内能，部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境最终都转化为周围环境的内能而散失，不能被的内能而散失，不能被我们再利用。我们再利用。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? ? 能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少但是可利用的品质上降低了，从便于利用上并没有减少但是可利用的品质上降低了，从便于利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 这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然这说明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方向性界中宏观过程的方向性 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、机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自、机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、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、自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过、自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观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。4 4、能量的转化效率、能量的转化效率 为了衡量机器能将多少输入能量转化为有用的能为了衡量机器能将多少输入能量转化为有用的能量，提出了量，提出了“能量转化效率能量转化效率”，它是转化为有用功的能，它是转化为有用功的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%有用能量输入能量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变变为发动机输出的机械能为发动机输出的机械能, ,真正用于做有用功的能量竟然不到真正用于做有用功的能量竟然不到输入能量的输入能量的1313蒸汽机的效率非蒸汽机的效率非常低，仅有常低，仅有3 3二、能源开发与可持续发展二、能源开发与可持续发展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 能源的大能源的大量消耗，严重破量消耗，严重破坏了我们赖以生坏了我们赖以生存的环境存的环境 为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，制定本和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，制定本法。法。 中华人民共和国节约能源法中华人民共和国节约能源法 可持续发展要求把发展多元结构的能源系统作为今可持续发展要求把发展多元结构的能源系统作为今后世界能源发展的战略，也就是要注意开发多种能源资后世界能源发展的战略，也就是要注意开发多种能源资源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太阳能、风能、源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等能源。地热能、海洋能、生物质能等能源。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太阳能发电站太阳能发电站大亚湾核电站大亚湾核电站风风 力力 发发 电电 站站生物质能是可再生生物质能是可再生能源，是太阳能以能源，是太阳能以化学能的形式存储化学能的形式存储在生物质中的能量。在生物质中的能量。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不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永远不可能制成远不可能制成D D石子从空中落下石子从空中落下, ,最后停止在地面上最后停止在地面上, ,说明机械能说明机械能消失了消失了ABCABC例例2 2、在能源的利用过程中，即在能量、在能源的利用过程中，即在能量_的过程中，的过程中，能量在数值上并未能量在数值上并未_，但在可利用的品质上降低了，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变为从便于利用的变为_的了的了. .这是能源危机更深这是能源危机更深层次的含意，也是层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要自然界的能量虽然守恒，但还是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1 1在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱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，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 A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)，则人体消耗化学能的功率则人体消耗化学能的功率P P2 2= P= P1 1/ (/ (为转化效率为转化效率).).因因此此P P2 2=mgh/t=mgh/t1 1 ，运动员在，运动员在5 h5 h内共消耗的化学能内共消耗的化学能E=PE=P2 2t t2 2=6=610106 6 J. J.2 2、人身体在最佳状态下，只能把人体化学能的、人身体在最佳状态下，只能把人体化学能的2525转化转化为有用的机械能为有用的机械能. .假如一位质量为假如一位质量为60 kg60 kg的登山运动员恰好的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500 m500 m，那么，那么，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) )1tmgh1tmgh3 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).).解析：解析：(1)(1)只要说出关于能源危机或环境保护方面只要说出关于能源危机或环境保护方面的问题即可的问题即可(2)(2)日常生活中只要说出节约能源日常生活中只要说出节约能源( (如电能、水能、如电能、水能、天然气、煤、柴天然气、煤、柴) )，说出开发新能源、提高燃，说出开发新能源、提高燃料的利用率、提高各种耗能设备效率等方面的想法料的利用率、提高各种耗能设备效率等方面的想法即可即可( (如：集中供热；进一步开发水能、风能、核如：集中供热；进一步开发水能、风能、核能、太阳能；利用锅炉的余热；将化学能直接转化能、太阳能；利用锅炉的余热；将化学能直接转化为电能，减少能量在多次转化中的损失为电能，减少能量在多次转化中的损失).).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、自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都、自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程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、能量的利用过程在许多情况下是不可逆的，我们要、能量的利用过程在许多情况下是不可逆的，我们要珍惜现有的能源，提高能源的利用率。注意开发多种能珍惜现有的能源，提高能源的利用率。注意开发多种能源资源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太阳能、风源资源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太阳能、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。不能说凡是合理的都是美的，但凡是美的确实都是合理的。
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