第十二章4 能源与可持续发展（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版）

4　能源与可持续发展 [学业要求与核心素养] 1．理解能量守恒定律，并能用来分析解决相关问题。 2．知道能量转移或转化具有方向性。 3．了解能源的分类及应用。 4．了解能源与社会发展的关系。 一、能量守恒定律 能量既不会凭空__产生__，也不会凭空__消失__，它只能从一种形式转化为__其他形式__，或者从一个物体转移到__别的物体__，在转化或转移的过程中，能量的__总量__保持不变，这个规律叫能量守恒定律。 二、能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是__不可逆__的。在自然界中，即使能量守恒的能量转化过程有些可以__自然发生__，有些则__不能__。 2．能量耗散 (1)各种能量转化或转移后转化为__内__能和__光__能，被其他物质吸收之后变成周围环境的__内能__。我们很难再把这些内能收集起来__重新利用__，这种现象叫作能量耗散。 (2)能量耗散使能源可利用的品质__降低__。这是能源危机的深层次的含义，也是要节约能源的根本原因。 (3)能量耗散从__能量转化__的角度反映出自然界中的宏观自然过程具有方向性。 三、能源的分类与应用 1．分类 (1)不可再生能源：__煤炭__、__石油__、__天然气__，又叫作化石能源。 (2)可再生能源：如__水能__、风能、__潮汐__能等能源，在自然界可再生。 2．能源开发 (1)__水力发电__。(2)__风能发电__。(3)__核能发电__。 (1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。(　　) (2)只要不违反能量守恒定律的过程都是存在的。(　　) (3)世上总能量不变，所以我们不需要节约能源。(　　) (4)人类不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 探究点一　对能量守恒定律的理解 1．对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能量减小，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)某个物体的能量减小，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 2．能量守恒定律的表达式 (1)从不同状态看，E初＝E终。 (2)从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减。 (3)从能的转移角度看，ΔEA增＝ΔEB减。 风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示。 (1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积，设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm； (2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比，某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW。我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5 000小时。试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。 [解析]　(1)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。 单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2，风能的最大功率可表示为 Pm＝(ρvS)v2＝πρr2v3。 (2)按题意，风力发电机的输出功率为 P2＝3P1＝3×540 kW＝160 kW， 最小年发电量约为 W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105 kW·h。 [答案]　(1)πρr2v3　(2)8×105 kW·h 1．对于正常工作的电风扇和电饭锅，下列说法正确的是(　　) A．电风扇和电饭锅消耗的电能均大于各自产生的内能 B．电风扇和电饭锅消耗的电能均等于各自产生的内能 C．电风扇消耗的电能大于产生的内能，电饭锅消耗的电能等于产生的内能 D．电风扇消耗的电能等于产生的内能，电饭锅消耗的电能大于产生的内能 解析　电风扇消耗的电能转化为内能和风扇及空气的动能，电饭锅消耗的电能完全转化为内能，所以电风扇消耗的电能大于产生的内能，电饭锅消耗的电能等于产生的内能。C项正确。 答案　C 探究点二　能量耗散与能源 1．能源的分类 (1)从人类使用能源的先后将能源分为常规能源和新能源。 常规能源：煤、石油、天然气等。 新能源：太阳能、沼气、地热能、核能等。 (2)从能源的来源可分为不可再生能源和可再生能源。不可再生能源：用完后在短期内不可能从自然界得到补充的能源，如煤、石油、天然气等。 可再生能源：取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水能等。 (3)从对环境的污染情况可分为清洁能源和非清洁能源。清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水能等。 非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等。 2．能量转化的方向性与节约能源的必要性 能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性，能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源。 3．能源与社会发展 (1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。 (2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。 (3)可持续发展的三个发展方向 ①对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。 ②开发新型清洁的能源和可再生能源。 ③积极研发节能的新技术提高能源利用效率。 (2023·沈阳检测)关于能量和能源，下列说法正确的是(　　) A．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少 B．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 [解析]　由于自然界的能量守恒，所以在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，选项A正确；由于能源的品质逐渐降低，故仍需要节约能源，选项B错误；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，比如一杯热水经过一段时间，热量流失，水冷了，所以转化具有方向性，故C不正确；人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故D不正确。 [答案]　A 2．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　) A．一切能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 解析　尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C正确，D错误。 答案　BC 1．下列关于能量守恒定律的认识不正确的是(　　) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 解析　能量可以转化或转移，但总量不变，A、B、C正确；D中机械能转化成了内能，D错误。 答案　D 2．关于能量耗散，下列说法正确的是(　　) A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性 C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上越来越少 D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性 解析　能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故选D。 答案　D 3．关于能源的开发和应用，下列说法正确的是(　　) A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 解析　能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误。故选C。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $$