第十八章

能源與可持續(xù)發(fā)展18.4能源與可持續(xù)發(fā)展（蘇科2024版）九年級下01教學(xué)目標(biāo)02新知導(dǎo)入03新知講解05典例分析06課堂練習(xí)04課堂小結(jié)（蘇科2024版）九年級上01教學(xué)目標(biāo)1.從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識效率.2.認(rèn)識能源消耗對環(huán)境的影響，初步認(rèn)識能源利用與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系.3.了解我國和世界上其他國家的能源狀況，對能源的開發(fā)利用有可持續(xù)發(fā)展的意識.4.了解“碳達(dá)峰”和“碳中和”及其意義.02新知導(dǎo)入

前面我們學(xué)習(xí)了機(jī)械效率，下面我們將它拓寬至能量轉(zhuǎn)化的效率，如太陽能轉(zhuǎn)化效率；溫室效應(yīng)，冰川熔化，能源的可持續(xù)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。

03新知講解一、能量轉(zhuǎn)化的效率

我們在學(xué)習(xí)“簡單機(jī)械”一章時(shí)，知道了機(jī)械效率。在利用動滑輪提升重物的過程中，從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，輸入的能量來源于人體的化學(xué)能，它等于手拉繩所做的功，輸出的能量是重物及滑輪被提升后獲得的機(jī)械能和此過程中因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能，如圖18-28所示。03新知講解

再如，一輛利用熱機(jī)做功的小轎車，輸人的能量是燃油的化學(xué)能，輸出的能量是小轎車的動能、聲能和內(nèi)能等。其能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖18-29所示。

×100％=15％

×100％03新知講解

又如，某節(jié)能燈在使用過程中輸入的是電能，輸出的是光能和內(nèi)能，其能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖18-30所示。

×100％=32％03新知講解熱機(jī)的效率對于熱機(jī)來說，轉(zhuǎn)化為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量之比叫作熱機(jī)的效率。熱機(jī)的效率名稱效率蒸汽機(jī)6%～15%汽油機(jī)20%～30%柴油機(jī)30%～45%噴氣發(fā)動機(jī)50%～60%為了提高熱機(jī)的效率，人們一直在努力地減少熱機(jī)工作過程中各種能量的損失。由蒸汽機(jī)發(fā)展為噴氣發(fā)動機(jī)，能源利用效率從6%提高到50%以上?？梢姡茉蠢眯实奶岣唠x不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

03新知講解

大量事實(shí)表明，任何機(jī)械或裝置都可看成能量轉(zhuǎn)換器，輸人的能量只有一部分轉(zhuǎn)化為有用的能量，還有一部分在轉(zhuǎn)化過程中損失掉了。例如，機(jī)械因摩擦而生熱，內(nèi)燃機(jī)做功必然要散熱等。因此，能量轉(zhuǎn)化的過程存在效率問題。由于轉(zhuǎn)化過程中能量損失不可避免，所以任何機(jī)械或裝置的能量轉(zhuǎn)換效率都不可能達(dá)到100%。通常，能量轉(zhuǎn)換裝置的效率可用下式計(jì)算：若用字母表示，則上式可寫為03新知講解二、能源與可持續(xù)發(fā)展1.能源的開發(fā)和利用對人類社會的影響從人類社會發(fā)展的進(jìn)程看，每次能源變革都無一例外地把人類社會推向一個(gè)新的發(fā)展階段。能源為人類文明發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，給人類帶來了無限欣喜，但是能源問題也使人類產(chǎn)生了深深的憂慮與困惑。目前，全世界的能源消耗正逐年大幅度增長，按照現(xiàn)在的能源消耗速度，地球上的煤、石油和天然氣等不可再生能源在不久的將來將被消耗殆盡。（1）能源危機(jī)03新知講解大量化石能源的使用是造成大氣污染的罪魁禍?zhǔn)祝髿馕廴镜闹饕獊碓础济弘姀S。（2）大氣污染一座1.0×107kW燃煤電廠，每年燃煤約3.5×106t，向大氣排放二氧化碳、二氧化硫、微塵及其他致病的有害物質(zhì)可達(dá)1.09×106t.03新知講解（3）“溫室效應(yīng)”

目前，煤、石油、天然氣等化石燃料的消耗量不斷增大，它們?nèi)紵筢尫懦龃罅緾O2氣體，同時(shí)，又由于自然災(zāi)害和人為的亂砍濫伐導(dǎo)致能吸收CO2的森林面積在不斷減少，因此大氣中CO2的含量逐漸增大。當(dāng)大氣中的CO2含量升高時(shí)，會增強(qiáng)大氣對太陽光中紅外線輻射的吸收，阻止地球表面的熱量向外散發(fā)，像溫室的玻璃罩那樣起保溫作用，使地球表面的平均氣溫上升，這就是所謂的溫室效應(yīng)，如圖所示。03新知講解2.我國面臨的能源問題（1）我國人口眾多，能源短缺據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤炭資源的人均可開采量是89.8t，僅約為世界平均水平的55%；石油資源的人均可開采量是2.6t，僅約為世界平均水平的11%；天然氣資源的人均可開采量是1074m3，僅約為世界平均水平的5%，如圖所示。03新知講解（2）能源結(jié)構(gòu)問題我國目前的能源結(jié)構(gòu)以化石燃料為主，這必然使我們面臨著兩個(gè)嚴(yán)峻的問題：一是化石燃料的蘊(yùn)藏量有限，社會對能源的大量需求導(dǎo)致能源枯竭；二是大量化石燃料的開采和利用會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞.

世界能源消耗中國能源消耗03新知講解（3）能源資源分布不均主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源短缺和農(nóng)村商業(yè)能源供應(yīng)不足，必須依靠北煤南運(yùn)、西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)等工程來緩解這些地區(qū)的資源短缺狀況。（4）能源利用效率低我國能源工業(yè)的技術(shù)和管理水平比較落后，能源利用率和人均能源的消費(fèi)量都很低（我國能源終端利用效率僅為33%，比發(fā)達(dá)國家低約十個(gè)百分點(diǎn)），能源供應(yīng)短缺和浪費(fèi)并存，供需矛盾尖銳。

03新知講解自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)森林消失、土地退化、人口增長、全球溫室效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)無限增長帶來的資源枯竭、貧富不均等問題后，人類認(rèn)識到環(huán)境問題要與發(fā)展的模式相聯(lián)系，這是可持續(xù)發(fā)展思想的雛形。1972年在斯德哥爾摩召開的人類環(huán)境會議上發(fā)布的《人類環(huán)境宣言》，標(biāo)志著人類環(huán)境時(shí)代的開始。1980年《世界自然保護(hù)大綱》給予了較明確的闡述。1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出的《我們共同的未來》，標(biāo)志著可持續(xù)發(fā)展思想的成熟，并定義為：3.能源與可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人需要又不危害后代人滿足自身需要的發(fā)展。03新知講解（1）可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)已成為社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。所謂可持續(xù)發(fā)展，就是既要考慮當(dāng)前發(fā)展的需要，又要考慮未來發(fā)展的需要，不能以犧牲后人的利益為代價(jià)來滿足當(dāng)代人的需求。顯然，可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)已成為社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。（2）可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急

依靠科技進(jìn)步改變能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)和推廣清潔的可再生能源，提高能源利用效率、減少環(huán)境污染已成為我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。03新知講解（3）未來的理想能源未來的理想能源應(yīng)該是來源豐富、可再生、潔凈、安全，獲取方便且經(jīng)濟(jì)的。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能和氫能這五種能源今后將會優(yōu)先獲得開發(fā)和利用。

03新知講解“碳達(dá)峰”、“碳中和”

2015年，在各國的共同努力下，第21屆聯(lián)合國氣候變化大會通過了《巴黎協(xié)定》,首次提出讓所有國家共同致力于實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：與前工業(yè)化時(shí)期相比，將全球平均溫度升幅控制在2℃以內(nèi)，并繼續(xù)爭取把溫度升幅限定在1.5℃以內(nèi)。2020年9月，我國在第75屆聯(lián)合國大會上發(fā)言，將力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”,爭取在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。信息快遞“碳達(dá)峰”是指二氧化碳年排放的總量在某一個(gè)時(shí)期達(dá)到歷史最高值，之后逐步降低。“碳中和”是指在一定時(shí)期內(nèi)，通過植樹造林、節(jié)能減排等方式抵消人為產(chǎn)生的二氧化碳。04課堂小結(jié)能源的利用推動了人類社會發(fā)展，為人類文明發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。能源與可持續(xù)發(fā)展能量轉(zhuǎn)化的效率能源與可持續(xù)發(fā)展改變能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)新能源、提高能源的利用率、減少環(huán)境污染.效率=×輸出的有用能量輸入的總能量100%問題：不可再生能源會被消耗殆盡；破壞環(huán)境和生態(tài)平衡。05典例分析例1．下列選項(xiàng)可能符合能量流向的是（）D05典例分析【答案】D【詳解】能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，其總量保持不變，但任何實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化過程都伴隨著能量的耗散，效率不可能達(dá)到100%。A．圖中輸入1000J內(nèi)能，輸出500J機(jī)械能和500J電能。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他能量時(shí)必然會有能量散失，而圖中意味著能量轉(zhuǎn)化效率為100%，這在現(xiàn)實(shí)中是不可能實(shí)現(xiàn)的，故A不符合題意；B．圖中輸入1000J機(jī)械能，輸出200J內(nèi)能和900J電能。輸出的總能量為200J+900J=1100J，大于輸入的能量1000J。這違背了能量守恒定律，能量不能無中生有，故B不符合題意；C．圖中熱機(jī)輸入1000J內(nèi)能，輸出1000J機(jī)械能。熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。此圖表示內(nèi)能被100%地轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能，熱機(jī)效率為100%，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，任何熱機(jī)工作時(shí)都必然有部分能量以熱量的形式散失，故C不符合題意；D．圖中用電器輸入1000J電能，輸出900J機(jī)械能和100J內(nèi)能。這符合電動機(jī)工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況：消耗電能，主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（有用能量），同時(shí)一部分電能因電流熱效應(yīng)和機(jī)械摩擦等轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（耗散的能量）。輸入總能量為1000J，輸出總能量為900J+100J=1000J，遵循能量守恒定律。這種能量轉(zhuǎn)化是可能發(fā)生的，故D符合題意。故選D。05典例分析例2．如圖所示為某機(jī)器的能量流向圖。下列關(guān)于該機(jī)器的說法中正確的是（）A．該機(jī)器可能是電動機(jī)B．該機(jī)器的熱效率為10%C．圖示過程是能量的轉(zhuǎn)移過程D．圖示過程不遵循能量守恒定律A05典例分析【答案】A【詳解】A．電動機(jī)是主要將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)自身發(fā)熱，產(chǎn)生一部分熱量的裝置，由圖可知，電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能和內(nèi)能，所以可能是電動機(jī)，故A正確；B．熱效率是指吸收的熱量（有用功）與總能量的比值。這個(gè)過程沒有吸收的熱量，不能計(jì)算熱效率，轉(zhuǎn)化為的20J的內(nèi)能是浪費(fèi)的能量，浪費(fèi)的能量占比為10%，不能說熱效率為10%，故B錯誤；C．由圖可知，電能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能和內(nèi)能，是能量的轉(zhuǎn)化過程，不是能量的轉(zhuǎn)移過程，故C錯誤；D．機(jī)器發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)化，由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，電能大小等于轉(zhuǎn)化后機(jī)械能和內(nèi)能之和，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，遵循能量守恒定律，故D錯誤。故選A。05典例分析例3．下列做法符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念的是（）A．電器長期處于待機(jī)狀態(tài)B．教室無人時(shí)要及時(shí)關(guān)燈C．廢舊電池隨意丟棄D．夏天，將空調(diào)溫度調(diào)到最低B05典例分析【答案】B【詳解】A．電器不使用時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，電器也會消耗電能，這樣會浪費(fèi)電能，故A不符合題意；B．無人時(shí)要及時(shí)關(guān)燈，減少燈的工作時(shí)間，可以達(dá)到節(jié)能的目的，故B符合題意；C．廢舊電池隨意丟棄，會對環(huán)境、土壤及地下水造成污染，不符合“綠色環(huán)?！钡睦砟?，故C不符合題意；D．人體舒適溫度在25℃左右，使用空調(diào)時(shí)，設(shè)置溫度過低，既浪費(fèi)電能，也對身體有害，故D不符合題意。故選B。05典例分析例4．人類的發(fā)展離不開能源，“碳達(dá)峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴(yán)承諾。對于能量和能源，下列說法中正確的是（

）A．太陽能、水能、風(fēng)能可在自然界源源不斷得到，是不可再生能源B．提高能量轉(zhuǎn)化效率是“節(jié)能減排”的重要措施之一C．新能源的開發(fā)和利用技術(shù)難、成本高，無實(shí)用價(jià)值D．太陽能來源于太陽內(nèi)部氫核的裂變反應(yīng)B05典例分析【答案】B【詳解】A．太陽能、水能、風(fēng)能可在自然界源源不斷的得到，是可再生能源，故A錯誤；B．消耗能量時(shí)，有相當(dāng)部分沒有被利用，所以提高能量轉(zhuǎn)化效率是“節(jié)能減排”的重要措施之一，故B正確；C．有些新能源存在開發(fā)技術(shù)難、成本高問題，但新能源有安全、清潔，不會嚴(yán)重影響環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，有實(shí)用價(jià)值，故C錯誤；D．太陽能來源于太陽內(nèi)部氫核的聚變反應(yīng)，故D錯誤。故選B。05典例分析例5．中國空間站首次使用柔性太陽電池翼作為能量來源，太陽電池翼把太陽能直接轉(zhuǎn)化為______能（填寫能量形式）；當(dāng)電池翼接收太陽能的功率為時(shí)，發(fā)電效率達(dá)，則展開10s后能夠接收太陽能__________J，可提供電能__________J?！敬鸢浮?/p>

電1.1×1063.3×105

【詳解】[1]太陽能電池板可以通過陽光照射，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，從而為太空站供電。[2][3]展開10s后能夠接收太陽能可提供電能電1.1×106

3.3×105PART6課堂練習(xí)（蘇科2024版）九年級上06課堂練習(xí)1．下列四種能源，在使用中對環(huán)境影響最小的是()A．水能B．煤