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一、内容概述
当今世界,人类面临着环境、人口、资源、粮食等诸多问题的挑战,其中与初中物理紧密相联系的就有两个问题:能源问题和环境保护.温室效应、臭氧层破坏、土地沙化、森林植被的大面积毁坏、各种有毒有害废物的污染以及资源匮乏等一系列问题,正引起人们的广泛关注.环境问题已渗透到社会生活的各个层面,既直接影响到我们现在的生活质量和社会进步,更制约和影响到我们未来的生存与发展.世界上无论是发达国家还是发展中国家都日益重视环境保护工作.
物理学是一门实验科学,是一门与我们的生活息息相关的实用性较强的科学,许多环境问题都包含了深奥的物理知识.当今时代以物理为基础的科学技术飞速发展,新材料、新产品已无处不在,人们享受高科技的同时也发现这些新材料、新技术带来的负面影响不容忽视.我们学生要从生活走向物理、从物理走向社会,除了要学会相关的物理知识及探究方法之外,还要形成良好的思想品德、增强环境保护意识和责任感.让我们从小做起,从身边的小事做起,关注我们的自然环境和能源利用,留心我们身边的环境保护,做一名新时代的好公民.
环保与节能是当今社会热点问题,近几年各地的中考物理试题,也把能源问题与环境保护作为一个热点问题来加以关注,相关试题大多从可持续发展的角度来设计,例如如何防止全球变暖,如何减小地球温室效应,如何做到节约能源以及开发新能源等.现介绍几例并逐一评析,供同学们参考.
二、典型试题
例1六冲程引擎是《大众科学》评选出的2007年度世界十大发明之一,它在四冲程的吸气、压缩、和排气冲程后,将水注入汽缸,由于缸内温度极高,水在瞬间为蒸气,推动活塞运动,产生第五冲程.最后蒸汽进入冷凝器,成水,下一个循环可以再次使用.(后两空格填物态变化)
解析我们学习过的热机是四个冲程,即吸气、压缩、做功和排气冲程.四冲程热机的显著缺点是效率低,造成效率低的主要原因是燃料燃烧放出的热量不能转化为有用的机械能.其中一部分热量随高温废气排出,白白散失;一部分被热机本身吸收,使之温度升高,而为了防止热机被烧毁,又不得不用水从外部进行冷却;第五冲程中水吸收气缸的热量后汽化为水蒸气,推动活塞运动,对外做功,既降低了气缸的温度,减少热污染,又提高了能源的利用率.
点拨六冲程引擎的发明较好地克服了四冲程热机的部分缺陷,所以被《大众科学》评选为2007年度世界十大发明之一.题目考查的物理知识并不复杂,但启迪我们:任何伟大的发明创造并非高不可攀,只要细心观察,潜心思考,尝试用所学的物理知识解决生活中的实际问题,每个人都有可能成为科学家.
例2我国对家用电冰箱、空调这两个电子产品已率先实施了能源效率标识制度,现在销售的空调、冰箱已在显著位置粘贴“中国能效标识”的标签,能效标识将能效分为1、2、3、4、5五个等级,等级1表示产品最节能,等级5是市场准入指标,低于该等级要求的产品不允许生产和销售.小华一家人在家电城看中了两台制冷效果相同但能效标识和价格不一样的冰箱,铭牌如下表所示.BCD-203A型号的冰箱2780元,BCD-203B型号的冰箱2500元.
(1)若冰箱的使用寿命为15年,1度电的价格按0.50元计算,从经济的角度考虑,你认为小华一家人应该买哪种型号的冰箱合算?
(2)建设节约型社会,实现可持续发展,是总结现代化建设经验,从我国的国情出发而提出的一项重大决策.你能否从节约电能的角度就使用冰箱为小华提三条建议?
解析(1)BCD-203A型号的冰箱15年所消耗的电能为W1=0.48kW·h×365×15=2628kW·h,15年所需要的电费为2628×0.5元=1314元,所需要的电费和买冰箱的成本共计为1314元+2780元=4094元.
BCD-203B型号的冰箱15年所消耗的电能为W2=0.76kW·h×365×15=4161kW·h,所需要的电费为4161×0.5元=2080.5元,15年所需要的电费和买冰箱的成本共计为2080.5元+2500元=4580.5元.
由此可知,小华一家人买BCD-203A型号的冰箱合算.
(2)①把冰箱放在阴凉通风的地方,以利于冷凝器散热;②尽量少开冰箱门;③尽量减少每次开门的时间;④把要用的食物提前从冷冻室放入冷藏室等.
点拨电冰箱作为一种重要的家用电器已进入普通百姓家庭.通过计算我们知道,在选购家用电器时,不仅要考虑它的价格,还要把目光放远一些,着重考虑环保与节能.在使用家用电器时,还应思考如何节约电能,课间可与你的同学讨论交流每一件电器的“节电小窍门”,形成共识后进行宣传推广.
例3某汽车公司组织了一次新车型节油大赛,比赛分两组:第一组使用A型车(排量1.6升).第二组使用B型车(排量2.0升).A、B型车外观和体积相同,属于同一产品系列.
(1)你认为下列哪些评价方式可以作为比赛评价标准?.(填序号)
①消耗相同体积的汽油,比谁行驶的路程长;
②行驶相同的路程,比谁消耗的汽油体积少;
③行驶相同的路程,比谁用的时间短;
④用“■”的比值大小作比较.
(2)下表是三位车手的比赛成绩,第一组比赛中最节油的选手是.
(3)从本次比赛数据看,型车比较节油.
(4)近年来,政府鼓励小排量、限制大排量汽车的意义:.
解析“比较汽车节油的方法”可以由“比较物体运动快慢的方法”迁移过来:方法一是消耗相同体积的汽油,比较行驶路程的长短;方法二是行驶相同的路程,比较消耗的汽油体积的多少;既可以计算消耗单位体积的汽油所行驶的路程来比较,也可以计算行驶单位长度的路程所消耗的汽油来比较.故本题答案为(1)①②④(2)陈超(3)A(4)节约能源,降低污染(合理均可)
点拨随着我国汽车拥有量的增加和汽油价格的不断上调,汽车的能源问题成为老百姓关心的一个重要话题.国家之所以鼓励消费者购买小排量汽车是因为小排量汽车既节能又减排.研究者已经研究出车用乙醇汽油和油改气的方式来革新汽车的燃料结构,我国目前在有些城市已经使用.实践证明,这样不仅效率更高,更加节能,而且对环境的污染更小,有利于净化城市空气.通过本题的解答我们可以认识到:物理学中的能源与环保就在自己身边.
例4请仔细阅读下文,并回答文后问题.
填埋是目前全球垃圾处理的主要方式,传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋,让其自行发酵.在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气,易造成常规污染,还可能带来温室效应,甚至有爆炸的危险.
福州市红庙岭垃圾填埋气发电厂将垃圾填埋后,采用科学方法使其发酵,并把产生的填埋气收集起来用于发电.因此,垃圾填埋气和太阳能、风能一样,是一种可再生能源,不仅解决了垃圾填埋场安全和污染问题,也可产生显著的经济效益,同时还可减少温室气体的排放.
目前,福州市垃圾填埋气发电厂和前期投产的垃圾焚烧发电厂的年总发电量大约可供4万个年用电量为2800千瓦时的家庭使用.
(1)传统的垃圾填埋处理方法的缺陷有:
等.
(2)将填埋气收集起来用于发电,是将这些垃圾的化学能最终转化为能.垃圾填埋气是一种能源.
(3)请谈谈你在节能减排、环境保护方面做了哪些实事?
解析本题中的垃圾发电不仅减少了污染,而且变废为宝,是一举两得的好事.解答第一、二问,需要仔细阅读,因为答案就在文章中.第三问需要联系生活实际,可以从节能减耗、环境保护两个方面分别找到答案.
(1)会造成常规污染(带来温室效应,甚至有爆炸的危险);(2)电可再生;(3)如:节约用水、随手关灯、不使用塑料袋、不随意丢弃废电池等.
点拨2007年9月,由中央17个部门联合举办的“节能减排全民行动”系列活动正式启动.所谓“节能减排”就是节约能源,减少污染物的排放.节能减排的话题,看似很大,其实跟人们的日常生活和工作息息相关.节约用水、随手关灯就是节约能源,减小电视机的音量、夏天将空调的温度适当调高、用节能灯取代白炽灯也是节约能源.不使用塑料袋、不随意丢弃废电池就减少了污染.人们生活工作中各种浪费现象比比皆是,节能减排潜力巨大.节约能源,减少污染物的排放,关系社会可持续发展,关系广大人民群众的切身利益,这就要求我们提高节能和环保的意识,从现在做起,从小事做起.每个企业、每个单位、每个社区、每个家庭、每个公民都要把节能减排变为自觉的行动,变为文明健康生活方式的重要组成部分.
三、对应练习
1.近几年来,由于受全球原油价格的影响,油价持续上涨,出租车司机们希望采取有效措施切实为大家减负,某市出租车工会联合会收集其会员的意见和建议后,经过专家分析,认为要从根本上解决燃油价格上涨的问题,必须使出租车使用天然气,该市建成了3～5个天然气加气站,出租车改用天然气后,一台车平均每天可节省30～50元燃料费.
(1)一台出租车每天需要的能量基本上是不变的,为什么改用天然气后可节省燃料费呢?
(2)使用天然气后,除了可省燃料费,还有哪些好处?
(3)随着社会的发展,请同学们设想一下,未来的汽车会是什么样的?
2.某校师生在学习了能量的转化与守恒以后,组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率.他们发现学校的一个老式锅炉烧水时,经常冒出大量的黑烟,且烧水时锅炉周围的温度很高,锅炉的效率很低.
(1)请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因,并提出相应的改进措施.
(2)要减少烟气带走的热量,可以采用什么办法?
3.随着现代科学技术的突飞猛进,现代家用产品也在不断更新.小明同学家想购买新一代灶具——电磁灶(炉),以取代目前较普遍的燃气灶,为此他通过调查和实验,得到如下数据:
(1)请将表格中的数据填写完整.
(2)根据表格中的数据,说出电磁灶(炉)与燃气灶相比有哪些特点?
参考答案
1.(1)因为天然气的热值大,放出热量一定时,所需的质量比汽油少.
(2)汽车尾气排放更环保,有利于净化城市空气.
(3)效率更高,更加节能,对环境的污染更小,智能化程度更高,也更安全.
2.(1)锅炉效率低的原因:①锅炉冒出大量的黑烟说明煤燃烧不完全;②锅炉周围的温度很高说明向周围散失的热量太多.
改进措施:①加大送风量,将煤块磨成煤粉,使煤在炉膛内尽可能完全燃烧;②在锅炉的外围包裹一层不易散热的材料,减少热量散失.(2)可以加大受热面积.
3.(1)(0.1)kW·h;(0.08)m3;(0.05)元;(0.096)元.
(2)两条特点:①电磁灶加热所用时间短;②电磁灶所需费用少.
当今世界,人类面临着环境、人口、资源、粮食等诸多问题的挑战,其中与初中物理紧密相联系的就有两个问题:能源问题和环境保护.温室效应、臭氧层破坏、土地沙化、森林植被的大面积毁坏、各种有毒有害废物的污染以及资源匮乏等一系列问题,正引起人们的广泛关注.环境问题已渗透到社会生活的各个层面,既直接影响到我们现在的生活质量和社会进步,更制约和影响到我们未来的生存与发展.世界上无论是发达国家还是发展中国家都日益重视环境保护工作.
物理学是一门实验科学,是一门与我们的生活息息相关的实用性较强的科学,许多环境问题都包含了深奥的物理知识.当今时代以物理为基础的科学技术飞速发展,新材料、新产品已无处不在,人们享受高科技的同时也发现这些新材料、新技术带来的负面影响不容忽视.我们学生要从生活走向物理、从物理走向社会,除了要学会相关的物理知识及探究方法之外,还要形成良好的思想品德、增强环境保护意识和责任感.让我们从小做起,从身边的小事做起,关注我们的自然环境和能源利用,留心我们身边的环境保护,做一名新时代的好公民.
环保与节能是当今社会热点问题,近几年各地的中考物理试题,也把能源问题与环境保护作为一个热点问题来加以关注,相关试题大多从可持续发展的角度来设计,例如如何防止全球变暖,如何减小地球温室效应,如何做到节约能源以及开发新能源等.现介绍几例并逐一评析,供同学们参考.
二、典型试题
例1六冲程引擎是《大众科学》评选出的2007年度世界十大发明之一,它在四冲程的吸气、压缩、和排气冲程后,将水注入汽缸,由于缸内温度极高,水在瞬间为蒸气,推动活塞运动,产生第五冲程.最后蒸汽进入冷凝器,成水,下一个循环可以再次使用.(后两空格填物态变化)
解析我们学习过的热机是四个冲程,即吸气、压缩、做功和排气冲程.四冲程热机的显著缺点是效率低,造成效率低的主要原因是燃料燃烧放出的热量不能转化为有用的机械能.其中一部分热量随高温废气排出,白白散失;一部分被热机本身吸收,使之温度升高,而为了防止热机被烧毁,又不得不用水从外部进行冷却;第五冲程中水吸收气缸的热量后汽化为水蒸气,推动活塞运动,对外做功,既降低了气缸的温度,减少热污染,又提高了能源的利用率.
点拨六冲程引擎的发明较好地克服了四冲程热机的部分缺陷,所以被《大众科学》评选为2007年度世界十大发明之一.题目考查的物理知识并不复杂,但启迪我们:任何伟大的发明创造并非高不可攀,只要细心观察,潜心思考,尝试用所学的物理知识解决生活中的实际问题,每个人都有可能成为科学家.
例2我国对家用电冰箱、空调这两个电子产品已率先实施了能源效率标识制度,现在销售的空调、冰箱已在显著位置粘贴“中国能效标识”的标签,能效标识将能效分为1、2、3、4、5五个等级,等级1表示产品最节能,等级5是市场准入指标,低于该等级要求的产品不允许生产和销售.小华一家人在家电城看中了两台制冷效果相同但能效标识和价格不一样的冰箱,铭牌如下表所示.BCD-203A型号的冰箱2780元,BCD-203B型号的冰箱2500元.
(1)若冰箱的使用寿命为15年,1度电的价格按0.50元计算,从经济的角度考虑,你认为小华一家人应该买哪种型号的冰箱合算?
(2)建设节约型社会,实现可持续发展,是总结现代化建设经验,从我国的国情出发而提出的一项重大决策.你能否从节约电能的角度就使用冰箱为小华提三条建议?
解析(1)BCD-203A型号的冰箱15年所消耗的电能为W1=0.48kW·h×365×15=2628kW·h,15年所需要的电费为2628×0.5元=1314元,所需要的电费和买冰箱的成本共计为1314元+2780元=4094元.
BCD-203B型号的冰箱15年所消耗的电能为W2=0.76kW·h×365×15=4161kW·h,所需要的电费为4161×0.5元=2080.5元,15年所需要的电费和买冰箱的成本共计为2080.5元+2500元=4580.5元.
由此可知,小华一家人买BCD-203A型号的冰箱合算.
(2)①把冰箱放在阴凉通风的地方,以利于冷凝器散热;②尽量少开冰箱门;③尽量减少每次开门的时间;④把要用的食物提前从冷冻室放入冷藏室等.
点拨电冰箱作为一种重要的家用电器已进入普通百姓家庭.通过计算我们知道,在选购家用电器时,不仅要考虑它的价格,还要把目光放远一些,着重考虑环保与节能.在使用家用电器时,还应思考如何节约电能,课间可与你的同学讨论交流每一件电器的“节电小窍门”,形成共识后进行宣传推广.
例3某汽车公司组织了一次新车型节油大赛,比赛分两组:第一组使用A型车(排量1.6升).第二组使用B型车(排量2.0升).A、B型车外观和体积相同,属于同一产品系列.
(1)你认为下列哪些评价方式可以作为比赛评价标准?.(填序号)
①消耗相同体积的汽油,比谁行驶的路程长;
②行驶相同的路程,比谁消耗的汽油体积少;
③行驶相同的路程,比谁用的时间短;
④用“■”的比值大小作比较.
(2)下表是三位车手的比赛成绩,第一组比赛中最节油的选手是.
(3)从本次比赛数据看,型车比较节油.
(4)近年来,政府鼓励小排量、限制大排量汽车的意义:.
解析“比较汽车节油的方法”可以由“比较物体运动快慢的方法”迁移过来:方法一是消耗相同体积的汽油,比较行驶路程的长短;方法二是行驶相同的路程,比较消耗的汽油体积的多少;既可以计算消耗单位体积的汽油所行驶的路程来比较,也可以计算行驶单位长度的路程所消耗的汽油来比较.故本题答案为(1)①②④(2)陈超(3)A(4)节约能源,降低污染(合理均可)
点拨随着我国汽车拥有量的增加和汽油价格的不断上调,汽车的能源问题成为老百姓关心的一个重要话题.国家之所以鼓励消费者购买小排量汽车是因为小排量汽车既节能又减排.研究者已经研究出车用乙醇汽油和油改气的方式来革新汽车的燃料结构,我国目前在有些城市已经使用.实践证明,这样不仅效率更高,更加节能,而且对环境的污染更小,有利于净化城市空气.通过本题的解答我们可以认识到:物理学中的能源与环保就在自己身边.
例4请仔细阅读下文,并回答文后问题.
填埋是目前全球垃圾处理的主要方式,传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋,让其自行发酵.在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气,易造成常规污染,还可能带来温室效应,甚至有爆炸的危险.
福州市红庙岭垃圾填埋气发电厂将垃圾填埋后,采用科学方法使其发酵,并把产生的填埋气收集起来用于发电.因此,垃圾填埋气和太阳能、风能一样,是一种可再生能源,不仅解决了垃圾填埋场安全和污染问题,也可产生显著的经济效益,同时还可减少温室气体的排放.
目前,福州市垃圾填埋气发电厂和前期投产的垃圾焚烧发电厂的年总发电量大约可供4万个年用电量为2800千瓦时的家庭使用.
(1)传统的垃圾填埋处理方法的缺陷有:
等.
(2)将填埋气收集起来用于发电,是将这些垃圾的化学能最终转化为能.垃圾填埋气是一种能源.
(3)请谈谈你在节能减排、环境保护方面做了哪些实事?
解析本题中的垃圾发电不仅减少了污染,而且变废为宝,是一举两得的好事.解答第一、二问,需要仔细阅读,因为答案就在文章中.第三问需要联系生活实际,可以从节能减耗、环境保护两个方面分别找到答案.
(1)会造成常规污染(带来温室效应,甚至有爆炸的危险);(2)电可再生;(3)如:节约用水、随手关灯、不使用塑料袋、不随意丢弃废电池等.
点拨2007年9月,由中央17个部门联合举办的“节能减排全民行动”系列活动正式启动.所谓“节能减排”就是节约能源,减少污染物的排放.节能减排的话题,看似很大,其实跟人们的日常生活和工作息息相关.节约用水、随手关灯就是节约能源,减小电视机的音量、夏天将空调的温度适当调高、用节能灯取代白炽灯也是节约能源.不使用塑料袋、不随意丢弃废电池就减少了污染.人们生活工作中各种浪费现象比比皆是,节能减排潜力巨大.节约能源,减少污染物的排放,关系社会可持续发展,关系广大人民群众的切身利益,这就要求我们提高节能和环保的意识,从现在做起,从小事做起.每个企业、每个单位、每个社区、每个家庭、每个公民都要把节能减排变为自觉的行动,变为文明健康生活方式的重要组成部分.
三、对应练习
1.近几年来,由于受全球原油价格的影响,油价持续上涨,出租车司机们希望采取有效措施切实为大家减负,某市出租车工会联合会收集其会员的意见和建议后,经过专家分析,认为要从根本上解决燃油价格上涨的问题,必须使出租车使用天然气,该市建成了3～5个天然气加气站,出租车改用天然气后,一台车平均每天可节省30～50元燃料费.
(1)一台出租车每天需要的能量基本上是不变的,为什么改用天然气后可节省燃料费呢?
(2)使用天然气后,除了可省燃料费,还有哪些好处?
(3)随着社会的发展,请同学们设想一下,未来的汽车会是什么样的?
2.某校师生在学习了能量的转化与守恒以后,组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率.他们发现学校的一个老式锅炉烧水时,经常冒出大量的黑烟,且烧水时锅炉周围的温度很高,锅炉的效率很低.
(1)请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因,并提出相应的改进措施.
(2)要减少烟气带走的热量,可以采用什么办法?
3.随着现代科学技术的突飞猛进,现代家用产品也在不断更新.小明同学家想购买新一代灶具——电磁灶(炉),以取代目前较普遍的燃气灶,为此他通过调查和实验,得到如下数据:
(1)请将表格中的数据填写完整.
(2)根据表格中的数据,说出电磁灶(炉)与燃气灶相比有哪些特点?
参考答案
1.(1)因为天然气的热值大,放出热量一定时,所需的质量比汽油少.
(2)汽车尾气排放更环保,有利于净化城市空气.
(3)效率更高,更加节能,对环境的污染更小,智能化程度更高,也更安全.
2.(1)锅炉效率低的原因:①锅炉冒出大量的黑烟说明煤燃烧不完全;②锅炉周围的温度很高说明向周围散失的热量太多.
改进措施:①加大送风量,将煤块磨成煤粉,使煤在炉膛内尽可能完全燃烧;②在锅炉的外围包裹一层不易散热的材料,减少热量散失.(2)可以加大受热面积.
3.(1)(0.1)kW·h;(0.08)m3;(0.05)元;(0.096)元.
(2)两条特点:①电磁灶加热所用时间短;②电磁灶所需费用少.