12.4 能源与可持续发展（举一反三）【四大题型】-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）

12.4 能源与可持续发展【四大题型】 【人教版2019】 【题型1 对能量守恒定律的理解】 2 【题型2 理解能量转移或转化的方向性】 3 【题型3 能源的分类与应用　能源与社会发展】 5 【题型4 流体能量转化的计算】 6 知识点1：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． 知识点2：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． 2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散． 3．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 知识点3：能量的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源． (2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源． 2．能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电． 知识点4：能源与社会发展 1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题． 2．可持续发展 (1)可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求． (2)需要做好两方面： ①要大力提倡节能； ②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源． 【题型1 对能量守恒定律的理解】 【例1】能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是(　　) A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用 B．不同形式的能量之间可以相互转化 C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【答案】　B 【详解】　能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的，应节约能源，故A、C错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误． 【变式1-1】某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) A．P＝ρSv B．P＝ρSv2 C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4 【答案】　C 【详解】　风能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确． 【变式1-2】(多)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处，我们可以将电势能类比于重力势能，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做的功相类比 B．可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比 C．可以将电流通过灯泡时做的功与球下落时重力对球做的功类比 D．可以将电池的非静电力做功与球下落时重力对球做功类比 【答案】　BC 【详解】　电流通过灯泡时，电流做功将电能转化为其他形式的能，与之对应的是球下落时重力做功将重力势能转化为其他形式的能，故A错误，C正确；电池的非静电力做功将其他形式的能转化为电能，与之对应的是人将球向上抛出对球做功将其他形式的能转化为重力势能，故B正确． 【变式1-3】(2021·绍兴一中期中)构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接．当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，电动自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来．某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行．第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(　　) A．200 J B．250 J C．300 J D．500 J 【答案】　A 【详解】　电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，故没被转化为内能的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确． 【题型2 理解能量转移或转化的方向性】 【例2】(多)(2021·昆明一中期中)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是(　　) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 【答案】　BD 【详解】　自然界一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体，故选B、D. 【变式2-1】热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　) 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，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确 D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性 【答案】　B 【详解】　能量虽然有耗散但总的能量是守恒的，在转化的过程中总量不会减少，故A、C错误；能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，故B正确；自然界中的宏观过程具有方向性，能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性，故D错误． 【变式2-2】低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量的理解正确的是(　　) A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发 D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 【答案】　D 【详解】　在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确． 【变式2-3】(多)对于能量的耗散理解正确的是(　　) A．能量的耗散说明能量在不断减少 B．能量的耗散遵循能量守恒定律 C．能量的耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失 D．能量的耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】　BD 【详解】　能量的耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会不断减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化一定遵循能量守恒定律，B正确；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；能量的耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确． 【题型3 能源的分类与应用　能源与社会发展】 【例3】(多)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是(　　) A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的 C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响 D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径 【答案】　ACD 【变式3-1】下列供热方式最有利于环境保护的是(　　) A．用煤作为燃料供热 B．用石油作为燃料供热 C．用天然气或煤气作为燃料供热 D．用太阳灶供热 【答案】　D 【变式3-2】节约能源的主要措施是(　　) A．大力开发新能源 B．大量利用太阳能、地热能 C．大量利用风能、水能 D．采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备 【答案】　D 【详解】　在能源的利用中，虽然能量守恒，但可以有效利用的能量只占其中一部分，另外的一部分未被利用而散失了．因此，提高能源的利用率，节约能源是一个关系国民经济发展的重大问题，而提高能源利用率，节约能源，离不开科学技术的进步．采用新技术、新设备，更新落后的技术设备是节能的主要措施，故D正确． 【变式3-3】(多)(2021·广州一中期中)关于能源的利用，下列说法中正确的是(　　) A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发并不十分重要 B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能 【答案】　BCD 【详解】　煤、石油和天然气是由千百万年前的动植物在长期的地质变迁中形成的．千百万年前的动物食用植物，而植物是靠吸收太阳的能量成长的，可以说煤、石油、天然气的化学能来自太阳能．目前人类使用的能源主要是煤、石油和天然气．能源燃烧时，将化学能转化为内能，内能又可转化为机械能和电能，人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成多种形式的能量，以供利用，所以能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，我们的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能是解决能源问题的出路，故B、C、D正确． 【题型4 流体能量转化的计算】 【例4】（2024·浙江期中）风力发电是指把风的动能转化为电能。某地有一风力发电机，它的叶片长度为。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将的空气动能转化为电能。则该风力发电机发电的功率约为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】在t时间内空气动能为 则此风力发电机发电的功率约为 故选A。 【变式4-1】（2023·温州期末）如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16kW，则下列说法正确的是（　　） A．若风速变大，则发电的功率变大 B．每秒流经此圆面空气的动能约为1.6kJ C．每秒流经此圆面空气的动能约为16kJ D．经过此圆面空气动能的90%转化为内能 【答案】A 【详解】A．时间内穿过圆面空气的质量为 则发电功率为 解得 可知，若风速变大，则发电的功率变大，故A正确； BC．令，则有 解得 故BC错误； D．该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，空气还存在一定的动能，则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%，故D错误。 故选A。 【变式4-2】（2024·金华期末）如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 【答案】B 【详解】A．A点和B点同轴转动，角速度相等，但A点半径大于B点半径，所以A点的线速度大于B点的线速度，故A错误； B．时间内通过圆内的空气动能为 则此风力发电机发电的功率为 故B正确； CD．根据 若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍；若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的8倍，故CD错误。 故选B。 【变式4-3】（2024·浙江·期中）杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面，某时间内该地的风速为6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取，则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52kJ C．此风力发电机的发电功率约为155.52kW D．若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍 【答案】B 【详解】AB．单位时间内风力发电机叶片圆面的气流的体积为 每秒流经涡轮机空气的动能约为 故A错误，B正确； C．依题意，风力发动机产生的电功率约为 故C错误； D．风力发动机产生的电功率 若风速变为原来2倍，则电功率将变为8倍，故D错误。 故选B。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 能源与可持续发展【四大题型】 【人教版2019】 【题型1 对能量守恒定律的理解】 2 【题型2 理解能量转移或转化的方向性】 3 【题型3 能源的分类与应用　能源与社会发展】 4 【题型4 流体能量转化的计算】 5 知识点1：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． 知识点2：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． 2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散． 3．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 知识点3：能量的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源． (2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源． 2．能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电． 知识点4：能源与社会发展 1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题． 2．可持续发展 (1)可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求． (2)需要做好两方面： ①要大力提倡节能； ②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源． 【题型1 对能量守恒定律的理解】 【例1】能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是(　　) A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用 B．不同形式的能量之间可以相互转化 C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【变式1-1】某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) A．P＝ρSv B．P＝ρSv2 C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4 【变式1-2】(多)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处，我们可以将电势能类比于重力势能，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做的功相类比 B．可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比 C．可以将电流通过灯泡时做的功与球下落时重力对球做的功类比 D．可以将电池的非静电力做功与球下落时重力对球做功类比 【变式1-3】(2021·绍兴一中期中)构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接．当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，电动自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来．某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行．第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(　　) A．200 J B．250 J C．300 J D．500 J 【题型2 理解能量转移或转化的方向性】 【例2】(多)(2021·昆明一中期中)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是(　　) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 【变式2-1】热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　) 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，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确 D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性 【变式2-2】低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量的理解正确的是(　　) A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发 D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 【变式2-3】(多)对于能量的耗散理解正确的是(　　) A．能量的耗散说明能量在不断减少 B．能量的耗散遵循能量守恒定律 C．能量的耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失 D．能量的耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【题型3 能源的分类与应用　能源与社会发展】 【例3】(多)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是(　　) A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的 C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响 D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径 【变式3-1】下列供热方式最有利于环境保护的是(　　) A．用煤作为燃料供热 B．用石油作为燃料供热 C．用天然气或煤气作为燃料供热 D．用太阳灶供热 【变式3-2】节约能源的主要措施是(　　) A．大力开发新能源 B．大量利用太阳能、地热能 C．大量利用风能、水能 D．采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备 【变式3-3】(多)(2021·广州一中期中)关于能源的利用，下列说法中正确的是(　　) A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发并不十分重要 B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能 【题型4 流体能量转化的计算】 【例4】（2024·浙江期中）风力发电是指把风的动能转化为电能。某地有一风力发电机，它的叶片长度为。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将的空气动能转化为电能。则该风力发电机发电的功率约为（　　） A． B． C． D． 【变式4-1】（2023·温州期末）如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16kW，则下列说法正确的是（　　） A．若风速变大，则发电的功率变大 B．每秒流经此圆面空气的动能约为1.6kJ C．每秒流经此圆面空气的动能约为16kJ D．经过此圆面空气动能的90%转化为内能 【变式4-2】（2024·金华期末）如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 【变式4-3】（2024·浙江·期中）杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面，某时间内该地的风速为6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取，则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52kJ C．此风力发电机的发电功率约为155.52kW D．若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$