4.4《能源與可持續(xù)發(fā)展》ppt課件(滬科版必修2)

1、1 1、轎車能量流向轎車能量流向一一、能量的轉(zhuǎn)能量的轉(zhuǎn)化化的轉(zhuǎn)化效率的轉(zhuǎn)化效率用于做有用功的能量不到輸入能量的用于做有用功的能量不到輸入能量的13%13%2 2、能量的能量的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化效率效率=能量的轉(zhuǎn)化效有用的能量輸入的能量柴油柴油2.010105 5J J舉起重物做功舉起重物做功5.010104 4J J廢熱廢熱1.310105 5J J廢熱廢熱1.510104 4J J廢熱廢熱0.510104 4J J發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵液壓泵液壓桿液壓桿打樁機(jī)的能量流向圖打樁機(jī)的能量流向圖45=5.0 10 =100%2.0 10 =25%有用的能量輸入的能量能能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約

2、能源？量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？1 1、能量耗散能量耗散 燃燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)再次自動(dòng)聚集起來供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用這種現(xiàn)象叫做內(nèi)能收集起來重新利用這種現(xiàn)象叫做二、能量二、能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性和轉(zhuǎn)移的方向性 能量耗散和能量守恒并不矛盾

3、，能量耗散表明，在能能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利上并沒有減少但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧?。這是節(jié)約能源的根本原因用變?yōu)椴槐阌诶昧?。這是節(jié)約能源的根本原因2 2、對(duì)、對(duì)方向性的方向性的理解理解機(jī)機(jī) 械械 能能內(nèi)內(nèi) 能能可全部轉(zhuǎn)化不產(chǎn)生其它影響可全部轉(zhuǎn)化不產(chǎn)生其它影響內(nèi)能內(nèi)能機(jī) 械 能機(jī) 械 能不可全部轉(zhuǎn)化不可全部轉(zhuǎn)化不產(chǎn)生其它影響不產(chǎn)生其它影響熱量從高溫物體熱量從高溫物體低溫物體低溫物體可全部轉(zhuǎn)移不可全部轉(zhuǎn)移不產(chǎn)

4、生其它影響產(chǎn)生其它影響熱量熱量從低溫從低溫物體物體高溫物體高溫物體不可全部轉(zhuǎn)移不不可全部轉(zhuǎn)移不產(chǎn)生其它影響產(chǎn)生其它影響內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移，而不會(huì)自發(fā)的由而不會(huì)自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能能，而而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變起其他變化化。熱熱機(jī)的效率不可能機(jī)的效率不可能1001000 0/ /0 0能量耗散與能量守恒能量耗散與能量守恒并不并不矛盾矛盾。 例如：一輛行駛的小轎車，燃料燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能有例如：一輛行駛的小轎車，燃料燃燒產(chǎn)

5、生的內(nèi)能有37370 0/ /0 0通過發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)排除，通過發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)排除，37370 0/ /0 0直接由排氣管排直接由排氣管排出，有出，有26260 0/ /0 0變?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能變?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能不可能將熱從不可能將熱從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩炊划a(chǎn)生其它影響。熱源而不產(chǎn)生其它影響。2 2、相關(guān)規(guī)律、相關(guān)規(guī)律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生生其其他他影響。影響。第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。 能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過能量的

6、耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。程的方向性。 正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的 2 2）按可否被廣泛利用分為）按可否被廣泛利用分為1 1）按能否）按能否“再生再生”分為分為可再生能源：可再生能源：水能、風(fēng)能等水能、風(fēng)能等非非再生能源：再生能源：石油、煤等石油、煤等新能源：新能源：核能核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ蠛Ｑ竽?，能，潮汐能潮汐能等等常?guī)常規(guī)能源：能源：煤、石油、天然氣等煤、石油、天然氣等1

7、 1、能能源：源：分類：分類：自然界中存在的并能夠提供能量的自然界中存在的并能夠提供能量的資源。資源。三、能源與環(huán)境三、能源與環(huán)境太陽輻射能大氣升溫不均勻大氣升溫不均勻形成風(fēng)（空氣動(dòng)能）形成風(fēng)（空氣動(dòng)能）使水循環(huán)使水循環(huán)形成水流（水流能）形成水流（水流能）被微生物、被微生物、綠色植物吸收綠色植物吸收食物食物煤、石油煤、石油天然氣天然氣（化學(xué)能）（化學(xué)能）使用太陽灶使用太陽灶使大地變熱使大地變熱被海水吸收被海水吸收太陽輻射地球上各種能源形成洋流（波浪能）形成洋流（波浪能）太陽能：（內(nèi)能（內(nèi)能）（內(nèi)能（內(nèi)能）看下列三則材料，思考什么是能源危機(jī)？（3 3）國(guó)際能源）國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，地球，地

8、球上主要資源的可使用年限為：上主要資源的可使用年限為：（2 2）我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)（1 1）我國(guó)和世界的能源消耗我國(guó)和世界的能源消耗2 2、能能源危機(jī)源危機(jī)石油石油4040年年 天然氣天然氣5050年年煤煤240240年年能源消耗4 4、常規(guī)能源過度消耗帶來的環(huán)境問題、常規(guī)能源過度消耗帶來的環(huán)境問題溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)大氣浮塵大氣浮塵酸雨酸雨沙漠化沙漠化臭氧層空洞臭氧層空洞太陽能太陽能氫能氫能沼氣沼氣地?zé)岬責(zé)岢毕毕煽扇急急? 4、開發(fā)新能源開發(fā)新能源科學(xué)家科學(xué)家通過計(jì)算和測(cè)定發(fā)現(xiàn)，每分鐘通過計(jì)算和測(cè)定發(fā)現(xiàn)，每分鐘射到垂直于陽光的厘米射到垂直于陽光的厘米2 2地球表面上的地球表面上的

9、能量有能量有8.168.16焦焦太陽常數(shù)。請(qǐng)你計(jì)算太陽常數(shù)。請(qǐng)你計(jì)算一下，每分鐘射到地球上的能量是多少？一下，每分鐘射到地球上的能量是多少？地球上接受太陽輻射的總功率為多少？地球上接受太陽輻射的總功率為多少？四、太陽能和風(fēng)能的計(jì)算四、太陽能和風(fēng)能的計(jì)算1 1、地球上接收、地球上接收的太陽能的的太陽能的計(jì)算計(jì)算2822182(6.4 10 ) cm1.29 10 cmsr圓18178.16 1.29 10W1.75 10W60WPtS圓2 2、太陽輻射的總能量的、太陽輻射的總能量的計(jì)算計(jì)算200004 RsEEEss日地當(dāng)當(dāng)太陽的輻射能傳到地球表太陽的輻射能傳到地球表面時(shí)，這個(gè)球面的半徑為面時(shí)，

10、這個(gè)球面的半徑為R R日地日地，地面接收太陽能的裝置與陽光地面接收太陽能的裝置與陽光垂直時(shí)，它的受光垂直時(shí)，它的受光面積面積s s0 0認(rèn)為認(rèn)為是是球面的一部分。設(shè)它接收的能球面的一部分。設(shè)它接收的能量為量為E E0 0，則太陽輻射的總能量為，則太陽輻射的總能量為：模型：將太陽輻射的能量看作是向四周等速傳播，模型：將太陽輻射的能量看作是向四周等速傳播，同一時(shí)刻的能量傳播到以太陽為球心的球面上。同一時(shí)刻的能量傳播到以太陽為球心的球面上。R R日地日地ss s0 0223111()222kEmvs vtvsv tvtvs設(shè)設(shè)風(fēng)速為風(fēng)速為v v，則在垂直于，則在垂直于v v的方向面積的方向面積s s

11、上，在時(shí)間上，在時(shí)間t t內(nèi)通過的空氣的長(zhǎng)度為內(nèi)通過的空氣的長(zhǎng)度為vtvt，因此，這部分風(fēng)的動(dòng)能為：，因此，這部分風(fēng)的動(dòng)能為：3 3、風(fēng)能的計(jì)算、風(fēng)能的計(jì)算課本課本P P7676： 2 2、3 3題題補(bǔ)充作業(yè)1、某地、某地的平均風(fēng)速為的平均風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面，如果這個(gè)風(fēng)的圓面，如果這個(gè)風(fēng)車能將此圓內(nèi)車能將此圓內(nèi)10%的氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車帶動(dòng)的的氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大發(fā)電機(jī)功率是多大？2、取一個(gè)橫截面積是取一個(gè)橫截面積是3d

12、m2的不高的圓筒，筒內(nèi)裝水的不高的圓筒，筒內(nèi)裝水0.6kg，用，用來測(cè)量射到地面的來測(cè)量射到地面的太陽能太陽能。在在太陽光垂直照射太陽光垂直照射2min后，水的后，水的溫度升高了溫度升高了1 。(1)計(jì)算在陽光直射下，地球表面每平方厘米每分鐘獲得的計(jì)算在陽光直射下，地球表面每平方厘米每分鐘獲得的能能量量。(2)已知射到大氣頂層的太陽能只有已知射到大氣頂層的太陽能只有45%到達(dá)地面，另外到達(dá)地面，另外55%被大氣吸收和反射而未到達(dá)地面，你能由此估算出太陽輻射的被大氣吸收和反射而未到達(dá)地面，你能由此估算出太陽輻射的功率嗎？需要什么數(shù)據(jù)，自己去功率嗎？需要什么數(shù)據(jù)，自己去查找查找。1 1解：解：首先

13、可以求出在時(shí)間首先可以求出在時(shí)間t t內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量量為為故風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率故風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為：為：233110%3.4 10 W2EPrvt2110%2Emv 轉(zhuǎn)變的電能轉(zhuǎn)變的電能為：為：212Emv這些氣流的動(dòng)能這些氣流的動(dòng)能為：為：2mrvt 2 2解析：解析：(1(1) )圓筒內(nèi)的水經(jīng)過圓筒內(nèi)的水經(jīng)過2 2分鐘照射后，內(nèi)能的增加分鐘照射后，內(nèi)能的增加為為: :EEQ Qcmtcmt4.24.210103 30.60.61 J1 J2.52.510103 3 J J 每每分鐘獲得的能量分鐘獲得的能量為為： E EEE/2=1.25/2=1.2510103 3 J/min J/min每分鐘每分鐘每每平方厘米獲得的能量平方厘米獲得的能量為為： E E0 0E/sE/s=4.2J=4.2J/(cm/(cm2 2min)min) ( (2)2)以太陽為球心，以日地距離以太陽為球心，以日地距離r r為半徑作一個(gè)球面，為半徑作一個(gè)球面，則在此球面的每平方厘米面積上每秒鐘接收到的太陽能則