| 能源革命 能源与可持续发展 |
主编：黄冈中学物理集体备课组
一、能源革命：能量转化技术的进步
二、历史上的能源革命
(1)人类的第一次能源革命：由于钻木取火的出现，人类从利用自然火种转变到利用人工火种，导致了以柴薪作为主要能源的时代的到来．
(2)人类的第二次能源革命：蒸汽机的发明使得人类以机械动力大规模代替了人力和畜力，人类的主要能源由柴薪能源向煤、石油和天然气等化石能源转变，
(3)人类的第三次能源革命：20世纪40年代，物理学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕．
畅想：第四次能源革命：氢能、核聚变能
共同特点：能量大、清洁无污染
三、能量在转化和转移的过程中都是有方向性的
能量的转移是有方向性的．冬天，火炉把自己的内能传递给房间里的空气，供人们取暖．到了春天，不能把这些内能收集起来供第二年使用．实际上，内能只能从高温物体向低温物体转移，不能相反，否则会引起其他变化，消耗其他形式的能量．能量的转化也是有方向性的．汽车制动过程中，由于摩擦而使动能转化为地面和空气的内能，这部分内能就不能自动地用来再次开动汽车；煤、石油、天然气都是地球上的宝贵资源，燃烧后就不能再生．
四、21世纪的能源趋势
由于能量的转移和转化具有方向性，目前作为人类主要能源的化石能源正被逐渐消耗，储存量日渐减少．如果照现在的开采速度开采下去，全世界的煤大约还能开采50多年，而石油、天然气再过300年就所剩无几了，世界对于化石能源的使用存在着严重的危机．节约使用能源，已成为紧迫的大问题．解决能源问题的主要出路——提高能源的利用率，开发和利用新能源，特别是开发和利用核能和太阳能．提高能源的利用率、节约能源的根本是科学技术的进步；能源利用率就是有效利用的能量占消耗能源所含能量的比例．
五、能源消耗对环境的影响
入类在能源革命的进程中给自己带来了便利，但也给自己造成了麻烦，不同能源的使用会产生不同的环境污染．常见的能源及其污染如下：
1、环境污染：燃料燃烧过程中会产生有害气体，燃料的不完全燃烧还会产生大量的粉尘，这些都会污染大气，危害人体的健康，影响植物正常生长．
2、环境影响：水土流失，土地沙漠化等．
3、环境保护的主要措施：改进燃烧设备，尽量使燃料充分燃烧；加装消烟装置，减少烟尘的排放量；普及使用煤气和天然气，以代替家用煤炉；集中供热，以减少烟囱的数目，既提高了燃料的利用率，又减小了污染；开发利用污染小的新能源，如太阳能、核能等．
六、未来的理想能源
未来的理想能源要能大规模替代石油、煤、天然气等常规能源，这种能源要满足以下四个条件：
1、足够丰富，能保证长期使用；
2、足够便宜，能保证多数人用得起；
3、相关技术要成熟，可以保证大规模使用；
4、要安全、清洁，可以保证不会严重影响环境．
例1、(1)下列哪一类车辆属于无污染车辆，哪一类属于少污染车辆?哪一类属于“非洁净”车辆?
A．电动汽车 B．汽油车 C．氢气汽车
D．甲醇汽车 E．太阳能汽车 F．柴油汽车
(2)氢气燃料汽车，氢在发动机内燃烧过程中，只会排出水蒸气而无其他废气排出，因此不会污染环境，是环保汽车．
①有一辆氢气燃料汽车重6t，阻力是车重的0.05倍，当它以最大速度匀速行驶时，汽车的牵引力多大？(g=10N/kg)
②若此车以最大速度行驶300km，发动机的效率为50％，则需要多少氢做燃料？
(已知每2克氢气燃烧后生成水蒸气并放出285.8kJ的热量)
解：
（1）无污染：ACE
少污染：D
非洁净：BF
（2）①由于汽车匀速行驶，所以F牵=f=0.05G
∴F牵=0.05G=0.05mg=0.05×6×103×10N=3×103N
②牵引力做功
W有用=F牵S=3×103N×300km=9×108J
汽车发动机总功：
需要氢气的质量
例2、随着人们生活水平的不断提高，家庭厨房使用能源(燃料)的方式日趋多样化．绍兴某小区的居民家庭中有使用电、煤饼和管道煤气等的，其中管道煤气的主要成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)和空气(丙烷、丁烷在空气中燃烧的产物是二氧化碳和水)，煤的主要元素成分是碳，有关电、管道煤气、煤的热值和价格如下表所示(为方便计算，个别数据作了适当处理)．
电 |
3.6×106J/(kW·h) |
0.50元/(kW·h) |
煤 |
2.52×107J/kg |
0.40元/kg |
煤气 |
4.68×107J/m3 |
2.60元/m3 |
(1)据调查统计电器设备把电能转化为热能的利用率约70％，煤饼炉的热能利用率约20％，管道煤气的热能利用率为40％，仅从取热考虑，请通过计算说明，选用哪一种能源(燃料)最经济?
(2)任选两种能源(燃料)，从经济和环境保护等方面分析比较它们的优点和缺点，填入下表中．
解：
（1）地于电而言：Q电总=3.6×106J/(kW·h)×2kW·h=7.2×106J
有效利用的热量Q有用=ηQ电总=7.2×103J×70%=5.04×106J
对于使用煤而言：
Q煤总=qm=2.52×107×
J=6.3×107J
Q有用=ηQ煤总=6.03×107J×20%=1.26×107J
对于使用煤气而言：
Q气总=qv=4.68×107J/m3×
m3=1.8×107J
Q有用=ηQ气总=1.8×107J×40%=7.2×106J
则使用煤最经济．
（2）
小结：
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