第二十二章 能源与可持续发展

赵建设

一、知识点例析

（一）能源分类

【例1】（2015·广东）下列能源属于不可再生能源的是（ ）

A.风能 B.化石能源

C.水能D.太阳能

解析：风能、水能、太阳能都能从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源；化石能源消耗后，不能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源。

答案：B

（二）新能源

【例2】（2015·黄石）由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长，所以开发新能源已成为全世界的重要课题，下列关于能源及其利用的说法正确的是（ ）

A.化石能源是不可再生能源，而核能、风能、水能、太阳能是可再生能源

B.与煤炭、石油、天然气等能源相比，风能、水能、太阳能具有清洁环保的优点

C.随着科学技术的快速发展，我国已建成了利用核聚变能量发电的核电站

D.因为能量在转化过程中是守恒的，所以能量是“取之不尽，用之不竭”的

解析：核能与煤、石油、天然气等化石能源是不可再生能源，太阳能、风能、水能是可再生能源，故A错误；与煤炭、石油、天然气等能源相比，风能、水能、太阳能是新型的无污染的能源，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；目前已建成的核电站的能量来自于重核的裂变，而不是轻核聚变。故C错误；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，故D错误。

答案：B

（三）能源与可持续发展

【例3】解析：能量在使用中发生转化和转移，总量是不会变化的，但能源不是取之不尽用之不竭的，也会发生危机，故A错误；能量转化和转移过程是具有方向性，故B正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故C错误；核能中的核燃料用完后也不能重复使用，故属于不可再生能源，故D错误。

答案：B

（四）能量综合题

能量综合题是利用能量做桥梁，把各种能量的转化联系在一起。它涉及的能量转化有：机械能与电能的转换，电能与机械能的转换；内能与机械能的转换；太阳能与内能的转换，电能与内能的转换等。这类题在新能源和节约环保这一大背景下，利用能量转化和守恒、效率等多个知识点巧妙地把电学知识、热学知识、力学知识综合在一起，对电学知识W=Pt、热量、热值和效率、新能源等多方面知识综合考查，还兼顾对学生计算能力进行考查。

【例4】有一种电能辅助式太阳能热水器，将它安装在阳光充足的水平台面上，并注满水。晴天时它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为1.5m2，阴雨天时用电加热。铭牌上的部分参数如表所示。

（1）某地区（晴天）平均每平方米的面积上，每小时接收的太阳能约为2.8×106J。若每天日照时间按10h计算，则它一天中接收的太阳能（E）约为多少？若这些太阳能有50%被热水器中的水吸收，则可使水温升高多少？

（2）阴雨天时需用电加热，如果所消耗的电能全部转化为水的内能，热水器在额定电压下工作时，将上述同样质量、初温的水升高同样的温度需多长时间？

（3）从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的主要理由是

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（要求写出一点）[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）]。

解析：

解题思路

（1）根据太阳能热水器每平方米每小时接收的太阳能，乘以面积和时间，即可得出1天中接收的太阳能E；再利用吸热公式变形，即可求出水温升高的情况。

（2）热水器正常工作时的电流可通过表中的额定功率和额定电压求出，正常工作的时间则用公式t=W/P计算。

（3）太阳能是可再生能源、太阳能是清洁能源，不会造成环境污染，使用太阳能可节约传统能源。

解：（1）水的质量m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg；

一天获得的太阳能E=2.8×106J/（h·m2）×10h×1.5m2=4.2×107J，

水吸收的热量Q=ηE=4.2×107J×50%=2.1×107J，

由Q=cmΔt变形可得，

水升高的温度Δt=Q/cm=（2.1×107J）/[4.2×103J/（kg·℃）×100kg]=50℃；

（2）电流所做的功W=Q=2.1×107J，

由P=W/t得，加热时间t=W/P=（2.1×107J）/2000W=1.05×104s；

（3）环保、节能、无污染。

图221【例5】在高速公路上有一种太阳能路灯（如图221所示），它的灯杆顶端是太阳能电池板，灯杆下方有蓄电池，将能量储存起来，供夜晚路灯照明。

（1）写出太阳能路灯使用过程中，能量是怎样转化的？

（2）若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为2.7×107J，这相当于完全燃烧多少千克的煤放出的热量？（煤的热值为3.0×107J/kg）

（3）这些能量经转化后，可供功率为35W的路灯工作60h，请计算该太阳能路灯的能量转化率。

解析：

解题思路

（1）太阳能电池板工作时，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，将电能转化为化学能，夜晚蓄电池向路灯供电，化学能转化为电能。

（2）知道煤燃烧放出的热量（太阳能电池板接收到的总能量），利用Q放=mq求煤的质量。endprint

（3）利用W=Pt求转化的电能（有用能量），利用效率公式求太阳能路灯的能量转化效率。

解：（1）太阳能路灯的灯杆顶端是太阳能电池板，它可以将太阳能转化为电能。

（2）由题知，Q放=mq=2.7×107J，

需要完全燃烧煤的质量：m=Q放/q=2.7×107J/（3.0×107J/kg）=0.9kg。

（3）使用太阳能路灯的有用能量：W电=Pt=35W×60×3600s=7.56×106J，

太阳光辐射到该太阳能电池板的能量（总能量）W总=2.7×107J，

该太阳能路灯的能量转化效率：η=W电/W总=7.56×106J/2.7×107J=28%。

方法点拨

太阳能是新能源之一。太阳能的直接应用有加热和光电转换。E有用=ηE总可得到有用的部分太阳能。这部分能量，在利用太阳能的直接加热过程中，等于被加热物体获得的热量；在光电转化中，等于转化为电能的那部分能量。在解决此类问题时，若没有分清能量的用途，解题时就无法得出正确的结果。

二、习题演练

（一）课后巩固

1.（2014·桂林）太阳能属于可再生的

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（填“清洁”或“不清洁”）能源。目前人们直接利用太阳能的方式主要有两种：一种是用集热器把水等物质进行加热；另一种是用太阳能电池把太阳能转化成

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能。

2.（2014·丹东）为核潜艇提供能量的装置是核反应堆，在核反应堆中发生的是

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（填“核裂变”或“核聚变”）。这种能源属于

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（填“可再生”或“不可再生”）能源。

3.水力发电、火力发电及核能发电是目前人们获得电能的主要途径，其中容易产生温室效应的是

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发电，属于利用可再生能源的是

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发电。

4.（2014·乌鲁木齐）下列能源属于可再生能源的是（ ）

A.太阳能 B.煤

C.石油D.天然气

5.（2014·自贡）自然界中有些能源一旦被消耗就很难再生，因此我们要节约能源。在下列能源中，属于不可再生能源的是（ ）

A.风能B.水能

C.太阳能D.石油

6.（2015·成都）关于能源、能量，下列说法不正确的是（ ）

A.能源是人类物质生活、社会经济发展的基础

B.太阳能、风能、地热能等是目前正在努力研究、开发的新能源

C.根据能量守恒定律，能量不会消灭，但可以创造

D.电风扇工作时，主要将电能转化为机械能

7.（2015·资阳）如图222所示，下列有关能源及能的转化的说法中错误的是（ ）

A.太阳能集热器的吸热板把太阳能转化为内能

B.太阳能汽车利用太阳能电池把太阳能直接转化成汽车动能

C.乐山大佛脸上出现的黑色条纹是人类消耗化石能源产生酸性气体形成酸雨腐蚀造成的

D.汽车散失的热不能收集起来再利用表明能量转化过程具有方向性

图2228.（2015·内江）下列说法中正确的是（ ）

A.原子核在常温下就能发生轻核聚变

B.太阳的能量来自大量的氘核的裂变

C.能量在转化的过程中总量保持不变，并且存在方向性

D.煤、石油、天然气都属于可再生能源

9.（2014·济宁）为配合济宁市“五城同创”活动，小梦提出下列环保建议：①开发新能源，减少化石燃料的燃烧；②使用手帕，减少餐巾纸的使用；③市内出行乘公交车或骑自行车，少开私家车；④使用一次性发泡塑料餐具和塑料袋；⑤分类回收垃圾。其中你认为可行的是（ ）

A.①②③⑤B.①③④⑤

C.①③⑤D.①②③④⑤

10.如图223是某小型风力发电机的输出功率与风速的关系图。

图223（1）风力发电机的输出最大功率时的风速为多少？该风力发电机固定在水平地面上时，整个装置与地面接触的面积是1m2，总质量为60kg，计算该装置对水平地面的压强多大？

（2）若该风力发电机以输出功率为500W发电，平均每天工作8h，计算一年（365天）发电量是多少？

（3）风力发电与传统的火力发电相比，有什么优势和不足？

（二）能力提升

1.（2015·重庆）如图224是某地区风力发电的外景，风力发电是将风能转化为

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能，且风能是清洁的可再生能源，是世界各国大力发展的新能源之一，能量的单位是

转化为电能；并储存起来；用

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材料制作的LED灯日夜发光提醒人们注意到交通安全。

3.（2014·绵阳）下列属于不可再生能源的是（ ）endprint

A.风能 B.水能

C.煤炭D.太阳能

4.从所用资源的能量形式分析，下列各种发电方式与“水力发电”不同的是（ ）

A.火力发电 B.风力发电

C.太阳能发电D.地热发电

5.倡导低碳环保的生活方式，正日益成为社会的主流。下列说法中不符合“低碳生活”理念的是（ ）

A.为了方便，多使用一次性塑料袋

B.少用纸巾，重拾手帕

C.随手关灯，节约用电

D.多骑自行车，少坐汽车

6.（2015·成都）2014年8月，我国自主研发的“华龙一号”核电站总体技术方案通过专家评审。核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。下列说法正确的是（ ）

A.目前核电站都是通过聚变反应来释放核能

B.核电站产生的核废料对环境没有污染

C.核反应堆中发生的链式反应是可以控制的

D.核反应堆所用的核燃料主要是氢的同位素

7.人类社会的发展离不开能源，能源革命促进了人类文明的进步，下列关于能源利用的说法中正确的是（ ）

A.人类大量使用太阳能会导致温室效应

B.因为能量是守恒的，所以不存在能源危机

C.煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能

D.核能的使用会造成放射性污染，所以不应该开发核能

8.（2015·连云港）图226为某市空气中PM2.5的来源分布图。PM2.5是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，其在空气中浓度越高，就代表空气污染越严重。为减少PM2.5排放量，改善空气质量，下列措施不可取的是（ ）

图226A.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

图2279.太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为“嫦娥”系列探测器及其他空间飞行器提供能源的装置，如图227所示。“电池板”通常装有“向日器”，有了“向日器”，“电池板”就像“向日葵”一样迎着太阳转动。某兴趣小组为研究“影响太阳能电池产生电流大小的因素”，他们用材料相同、面积分别为S和S′的“电池板”进行实验，并改变“电池板”与光线的夹角，用电流表观察电流大小，实验过程如图228所示，请根据实验现象及相关条件归纳得出初步结论。

图228①分析比较图228（a）与（b）可得：

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。

②分析比较图228（a）与（c）可得：

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。

③根据实验结论可知，太阳能电池帆板安装“向日器”，是为了自动改变太阳能电池板的角度，尽量使

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。

习题演练参考答案

（一）课后巩固

1.清洁 电

2.核裂变 不可再生

3.火力 水力

4.A 5.D 6.C 7.B 8.C 9.A

10.解：（1）从图象得知，当输出功率最大为1000W时，对应的风速为12m/s，

风力发电机对地面的压强是

p=FS=GS=mgS=60kg×10N/kg1m2=600Pa

（2）该风力发电机一年可以发电W=Pt=0.5kW×365×8h=1460kW·h

（3）优点：清洁能源，环保；不足：受季节、天气影响

（二）能力提升

1.机械 焦耳

2.太阳能 半导体

3.C 4.A 5.A 6.C 7.C 8.C

9.①材料相同的太阳能电池板，当太阳光线垂直电池板入射时，电池板面积越大，太阳能电池产生的电流越大。

②材料和面积都相同的太阳能电池板，太阳光线与电池板入射夹角（≤90°）越大，太阳能电池板产生电流越大。

③光线垂直电池板入射endprint