高中物理能源与可持续发展知识探讨 沪科版 必修2

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1、能源与可持续发展-知识探讨合作与讨论1.能量转化和守恒定律指出能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体.那么，能量的转化和转移有方向性吗？人们通过对大量实例的分析发现了其中的规律：机械能可以自发地全部转化为内能，内能却不能自发地全部转化为机械能；热量能自发地从高温物体传递给低温物体，却不能自发地从低温物体传递给高温物体.你能据此分析下列实例吗？(1)汽车由飞驰到静止，其动能转化为内能散发到周围的空间去，那么散发出去的内能能不能自动地全部聚集起来，使汽车重新开动起来呢？(2)荡来荡去的秋千，再不外加能

2、量，由于空气阻力和摩擦力的作用，其振动幅度会不断减小，最终停止.在这个过程中，秋千的机械能最终转化为内能，那么这些内能能不能自动的回收，使秋千恢复到原来的振幅呢？(3)夏天天气炎热，小朋友们喜欢吃冰激凌降温，连动物园中的北极熊也喜欢吃大冰块降温.由于冰块的温度比小朋友、北极熊的体温低，在吃冰块的时候，自身的热量就会传递给冰块，那么，他们在吃冰块的时候冰块中的热量能不能传递给他们，使他们越来越热呢？(4)在大型的庆典活动中，人们往往会开香槟庆祝，香槟在振荡后会从瓶中喷出，那么喷出的香槟能不能自动地回到瓶中？2.对能量转化和转移方向性的认识，与

3、人们不断探索提高热机效率的途径和方法密切相关.热机的作用就是将内能转化为机械能.热机的效率又称作能量转化的效率，它指的是转化为有用功的能量和输入能量的比值，即能量转化效率＝有用的能量/输入的总能量.(1)如下图为已基本退出历史舞台的蒸汽火车，它的发动机是经过改良的蒸汽机，但是能量转化的效率还是较低的.(2)如下图是先进的内燃机车，它的发动机的能量转化效率比蒸汽机车高得多，速度也快了好多倍.(3)人们在不断地研究、改良热机的能量转化效率，但是，能不能使热机的效率达到100%呢？3.我国能源现状——能源工作的挑战与机遇党的十六大提出了到2020

4、年我国经济翻两番、全面实现小康的伟大战略目标，能源作为经济发展列车的巨大动力和人民生活的光明使者，是首先必须充分考虑和万无一失确保的.胡锦涛总书记在2003年3月召开的中央人口资源环境工作座谈会上指出：“切实做好人口资源环境工作，对保持国民经济持续快速健康发展，不断提高经济增长的质量和效益，对不断提高人民群众的生活质量，促进人与自然的和谐，都是有十分重大的意义”.从我国能源的状况、可持续发展的要求和与国际先进水平比较的综合观点看，我国能源工业的特点是：总量丰富、人均贫乏；分布不均，耗能量大；污染严重，效率低下；发展之必须、需量大幅度增加，见

5、表1~5.我国能源状况(表1)资源种类能源数量世界排序统计年份水能资源理论蕴藏量6.76亿千瓦11980年可开发的装机容量3.78亿千瓦11980年煤炭探明可采储量1661亿吨31991年2002年电力装机容量3.56亿千瓦22002年我国能源消费量(表2)项目数量世界排序统计年份一次能源消费量14.8×108tce22002年煤炭产量13.8亿吨12002年发电量16542亿千瓦时22002年原油消费量2.45亿吨22002年我国人均能源情况(表3)项目人均能源为世界均值%统计年份人均一次能源消费量1050kgce492000年人均用电量

6、1074千瓦时422000年我国能源利用效率(表4)项目数值比国际平均值统计年份加工、贮运到终端利用效率%33.4－10%2000年开采到利用的总效率%11.22000年发电用煤比例%51.47－(30－40)1999年单位产值能耗1274tce/百万世界均值3.38倍2000年污染排放物的排放情况(表5)项目数值世界排序统计年份SO2排放量1995万吨2000年酸雨面积30%全国面积SO2造成经济损失1100亿元2002年CO2排放量33.635亿吨21996年在今后的20年内，要实现“经济翻两番、全面达小康”的宏伟目标，要继续发展沿海，

7、要大力开发西部，要努力振兴东北，其必然的结果是：工业化对能源的需求增加，城镇化速度加快，生活水平大幅提高，这一切都需要能源的支撑，经济发展对能源的需求必将大幅增加.如果按照世界过去30年平均增加值能耗平均下降1.1%的能效提高水平，到2020年我国能源需求将高达40亿吨标煤以上，这是不可能的，也是不应该的.为了实现“能源翻一番、经济翻两番”的目标，必须通过强化节约能源的途径，解决经济发展与能源供应的矛盾.2020年前我国经济发展对能源的需求见表6.预计未来20年我国的能源需求(表6)项目年代20002002200520102020煤炭消费总

8、量，亿吨12.0613.914.916.520石油需求量，亿吨2.243.35~3.574.3~4.75石油进口依存度，%3146~5259~62电力装机容量，亿千瓦3.565.