12.2 能量的转化 12.3 能源与环境-2024-2025学年上海市高二物理必修三同步讲义（沪科版2020）

第十二章 能源与可持续发展 第二节 能量的转化 第三节 能源与环境 课时聚焦 一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式_________为其他形式，或者从一个物体_______到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持______。 第一类永动机：不消耗任何能量，却能源源不断地对外_______。违背了能量守恒定律，因此无法实现。 【例 1】 写出下列物理现象中能量的转化情况： （1）两小球相互碰撞后黏合在一起不动，是______能转化为_______能。 （2）热机气缸内的气体推动活塞运动，是______能转化为________能。 （3）给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是______能转化为______能。 （4）用酒精灯加热水，是______能转化为______能。 二、能量转化的方向性 1．内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有_________性。电能和机械能_______（可以/不可）无条件地（自发地）转化为内能，而内能_________（可以/不可）无条件地转化为电能和机械能。 2．自然界中的一切实际变化都具有_______性。如①_______、②气体自由膨胀和分子扩散、③_________，……。 真空 气体自由膨胀过程 X Y X + Y 扩散过程 （1）朝某个方向的变化是可以_______发生的，相反方向的变化却是受到_______的。 （2）如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要施加外加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的_______。 【例 2】 在日常生活中以下哪些现象能够发生，哪些不能发生？ （A）一杯热水在打开杯盖后逐渐变得更热 （B）蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 （C）桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清；泥、水分离 （D）电冰箱通电后把电冰箱内低温物体的热量传到电冰箱外高温物体 【例 3】 关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（ ） A．随着技术与设计的进步，永动机一定会被制造出来 B．空调机既能制热，又能制冷，说明热传递不存在方向性 C．由于自然界的能量是守恒的，所以能源危机的说法不过是杞人忧天 D．一个单摆在来回摆动多次后停下来，该过程能量转化具有单向性 三、能源危机 1．在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越_______（大/小），也就是说能量是在_______（也可说成“能量耗散与退化”）。 2．内能是一种可被利用价值_______（高/低）的能量。 3．人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质，这些能源在地球上的总储量是_______（有限/无限）的，也是_______（可/不可）再生的。为了解决能源危机，世界各国都在积极研究和可再生能源和核能等。 【例 4】 热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象。所谓能量耗散是指能量转化过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是（ ） A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散现象告诉我们内能可以全部转化为其他形式的能 C．能量耗散过程中能量仍守恒，只是能量的转化有方向 D．待科技发达到一定程度可消除能量耗散现象，就可以制造这样的机器 四、人类使用能源对环境造成的影响 1．__________气体急剧增加。 2．极端__________增加：人为过度垦荒破坏地面植被、扰动地面结构，造成大面积土地荒漠化，直接加速了__________的形成和扩散。 3．__________日渐频繁：大量排放__________、氮氧化物等酸性气体，造成酸雨日渐频繁。_____和_____的燃烧是造成酸雨的主要原因。 五、预防污染的措施 节约能源与开发__________、严控排放，_________分类与处理是预防污染的重要措施。 【例 5】 下列措施有利于节能减排、改善环境质量的是（ ） A．大力发展火力发电 B．推广可利用太阳能的城市照明系统 C．使用填埋法处理未经分类的生活垃圾 D．办公室或教室的空调长时间设置在 18℃ 【例 6】 “绿色、环保、低碳”是当今世界各国普遍关心的议题，”低碳”要求我们节约及高效利用化石能源。关于能源与能量，下列说法中正确的是（ ）。 A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源 B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 同步精练 一、选择题 1． 利用能源的过程实质上是（ ） A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量不守恒的过程 D．能量转化或转移并且耗散的过程 2． 当今世界的主要能源是（ ） A．太阳能 B．核能 C．化石能源 D．电能 3． 能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，下列现象、规律不能体现能量守恒定律的是（ ） A．行驶的汽车 B．牛顿第三定律 C．神舟飞船返回地面 D．机械能守恒定律 4． 关于能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（ ） A．只适用于机械能与内能的相互转化 B．只适用能量转化过程 C．摩擦生热是创造了热，它不符合能量守恒定律 D．根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变 5． 下列关于能量守恒定律的认识中，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．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 D．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的 6． 如图的转轮中，利用隔板的特殊形状，使一边重球滚到另一边距离轮心远些的地方，有人认为这种设计可以使轮子不停地转动，下列说法正确的是（ ） A．该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快 B．该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快 C．该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功 D．该设计中使转轮成为永动机的设想是不能实现的 7． 下列关于能量转化的说法正确的是（ ） A．电灯主要是将电能转化为机械能 B．电风扇主要是将电能转化为化学能 C．电热水器主要是将电能转化为机械能 D．太阳能热水器主要是将太阳能转化为内能 8． 关于能量转化的说法正确的是（ ） A．对蓄电池充电时电能转化为化学能 B．用手机听音乐时电池把电能转化为化学能 C．太阳能电池把太阳能转化为化学能 D．光合作用把太阳能转化为内能 9． 在阳光的照射下，太阳能小风扇快速转动，这说明（ ） A．动能可以凭空产生 B．可以制造出不消耗能量的永动机 C．太阳能可以转化为其他形式的能 D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源 10． 电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（ ） A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒 B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒 C．电路中的电功与电动机产生的热量大小相等 D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒 11． 关于能源和能量，下列说法正确的是（ ） A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源 C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源 D．能量在退降说明自然界的能量正在不断减少 12． 关于能量转化的过程，下列说法正确的是（ ） A．凡是能量守恒的过程就一定会发生 B．符合能量守恒的过程都是可逆的 C．热传递的过程不存在方向性 D．摩擦生热的过程是不可逆过程 13． 各种形式的能量都不是孤立的，能量在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，图中按能量转化的顺序，排列正确的是（ ）。 ① 树林 ② 太阳 ③ 燃煤电厂 ④ 空调 A．①②③④ B．②③④① C．②①③④ D．①③②④ 14． 下列说法中正确的是（ ）。 A．能量退降表明，能量的总量并不守恒 B．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能量总量保持不变 15． 在空气中摆动的摆球，摆动的幅度越来越小，直到停止摆动。关于此过程的描述中，正确的是（ ）。 A．摆球的能量正在逐渐消失 B．摆球的机械能守恒 C．此过程是一个典型的不可逆过程 D．由于可以使摆球恢复摆动，所以这是一个可逆过程 16． 环境污染已经严重影响人们的生活和经济发展，下列做法中能改善空气质量的是（ ）。 A．以煤等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和地热能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用柴油车代替汽油车 17． 下列不属于火力发电厂的污染的是（ ）。 A．排放导致温室效应的气体 B．废渣污染水土 C．酸雨 D．破坏大气臭氧层 二、填空题 18． 在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），如果其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转化成内能，其能量___________的价值就会变小。 19． 能源的开发利用过程实质上就是能量的转化和转移的过程，图中用箭头标出了各种能量之间通过不同装置转化的过程，请填写标号处的装置名称。 （1） （4） （5） 干电池 核电池 （2） （3） 电能 内能 机械能 化学能 核能 （1）内燃机；（2）______________；（3）______________；（4）______________；（5）______________。 20． 可燃冰是固体状态的天然气，深埋于海底和陆地永久冻土层中，是极具发展潜力的新能源，可燃冰属于__________（选填“可再生”或”不可再生”）能源。若 1 m3 可燃冰完全燃烧放出的热量为 6.56×109 J，而 1 m3 天然气完全燃烧放出的热量为 4×107 J，则 1 m3 可燃冰相当于____m3 的天然气完全燃烧所放出的热量。 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 能源与可持续发展 第二节 能量的转化 第三节 能源与环境 课时聚焦 一、能量守恒定律 Comment by fj: 转化，转移，转移，不变 做功 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；只能从一种形式_________为其他形式，或者从一个物体_______到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总量保持______。 第一类永动机：不消耗任何能量，却能源源不断地对外_______。违背了能量守恒定律，因此无法实现。 【例 1】 写出下列物理现象中能量的转化情况： Comment by fj: （1）机械，内；（2）内，机械；（3）电，内；（4）化学，内 2021沪科版练习册12.2.2 （1）两小球相互碰撞后黏合在一起不动，是______能转化为_______能。 （2）热机气缸内的气体推动活塞运动，是______能转化为________能。 （3）给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是______能转化为______能。 （4）用酒精灯加热水，是______能转化为______能。 二、能量转化的方向性 Comment by fj: 1．方向，可以，不可 2．方向，热传递，摩擦生热 （1）自发，限制 （2）不可逆性 1．内能和其他形式的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有_________性。电能和机械能_______（可以/不可）无条件地（自发地）转化为内能，而内能_________（可以/不可）无条件地转化为电能和机械能。 2．自然界中的一切实际变化都具有_______性。如①_______、②气体自由膨胀和分子扩散、③_________，……。 真空 气体自由膨胀过程 X Y X + Y 扩散过程 （1）朝某个方向的变化是可以_______发生的，相反方向的变化却是受到_______的。 （2）如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要施加外加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的_______。 【例 2】 在日常生活中以下哪些现象能够发生，哪些不能发生？ Comment by fj: A、B 不能发生。C、D 能发生。 课本习题 （A）一杯热水在打开杯盖后逐渐变得更热 （B）蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 （C）桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清；泥、水分离 （D）电冰箱通电后把电冰箱内低温物体的热量传到电冰箱外高温物体 【例 3】 关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D 选项C可以引入下面的内容 A．随着技术与设计的进步，永动机一定会被制造出来 B．空调机既能制热，又能制冷，说明热传递不存在方向性 C．由于自然界的能量是守恒的，所以能源危机的说法不过是杞人忧天 D．一个单摆在来回摆动多次后停下来，该过程能量转化具有单向性 三、能源危机 Comment by fj: 1．小，退降（注意：能量耗散与退化是老教材的说法，可能会在作业中出现） 2．低 3．有限，不可 1．在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越_______（大/小），也就是说能量是在_______（也可说成“能量耗散与退化”）。 2．内能是一种可被利用价值_______（高/低）的能量。 3．人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质，这些能源在地球上的总储量是_______（有限/无限）的，也是_______（可/不可）再生的。为了解决能源危机，世界各国都在积极研究和可再生能源和核能等。 【例 4】 热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象。所谓能量耗散是指能量转化过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是（ ） Comment by fj: C A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散现象告诉我们内能可以全部转化为其他形式的能 C．能量耗散过程中能量仍守恒，只是能量的转化有方向 D．待科技发达到一定程度可消除能量耗散现象，就可以制造这样的机器 四、人类使用能源对环境造成的影响 Comment by fj: 1．温室 2．气候，沙尘暴 3．酸雨，煤炭。石油 1．__________气体急剧增加。 2．极端__________增加：人为过度垦荒破坏地面植被、扰动地面结构，造成大面积土地荒漠化，直接加速了__________的形成和扩散。 3．__________日渐频繁：大量排放__________、氮氧化物等酸性气体，造成酸雨日渐频繁。_____和_____的燃烧是造成酸雨的主要原因。 五、预防污染的措施 Comment by fj: 新能源，垃圾 节约能源与开发__________、严控排放，_________分类与处理是预防污染的重要措施。 【例 5】 下列措施有利于节能减排、改善环境质量的是（ ） Comment by fj: B A．大力发展火力发电 B．推广可利用太阳能的城市照明系统 C．使用填埋法处理未经分类的生活垃圾 D．办公室或教室的空调长时间设置在 18℃ 【例 6】 “绿色、环保、低碳”是当今世界各国普遍关心的议题，”低碳”要求我们节约及高效利用化石能源。关于能源与能量，下列说法中正确的是（ ）。 Comment by fj: C 2021沪科版练习册12.3.2 A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源 B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 同步精练 一、选择题 1． 利用能源的过程实质上是（ ） Comment by fj: D A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量不守恒的过程 D．能量转化或转移并且耗散的过程 2． 当今世界的主要能源是（ ） Comment by fanjing: C A．太阳能 B．核能 C．化石能源 D．电能 3． 能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，下列现象、规律不能体现能量守恒定律的是（ ） Comment by fj: B A．行驶的汽车 B．牛顿第三定律 C．神舟飞船返回地面 D．机械能守恒定律 4． 关于能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．只适用于机械能与内能的相互转化 B．只适用能量转化过程 C．摩擦生热是创造了热，它不符合能量守恒定律 D．根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变 5． 下列关于能量守恒定律的认识中，不正确的是（ ） Comment by fj: C 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．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 D．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的 6． 如图的转轮中，利用隔板的特殊形状，使一边重球滚到另一边距离轮心远些的地方，有人认为这种设计可以使轮子不停地转动，下列说法正确的是（ ） Comment by fanjing: D A．该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快 B．该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快 C．该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功 D．该设计中使转轮成为永动机的设想是不能实现的 7． 下列关于能量转化的说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．电灯主要是将电能转化为机械能 B．电风扇主要是将电能转化为化学能 C．电热水器主要是将电能转化为机械能 D．太阳能热水器主要是将太阳能转化为内能 8． 关于能量转化的说法正确的是（ ） Comment by fanjing: A A．对蓄电池充电时电能转化为化学能 B．用手机听音乐时电池把电能转化为化学能 C．太阳能电池把太阳能转化为化学能 D．光合作用把太阳能转化为内能 9． 在阳光的照射下，太阳能小风扇快速转动，这说明（ ） Comment by fj: C A．动能可以凭空产生 B．可以制造出不消耗能量的永动机 C．太阳能可以转化为其他形式的能 D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源 10． 电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（ ） Comment by fj: B A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒 B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒 C．电路中的电功与电动机产生的热量大小相等 D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒 11． 关于能源和能量，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: C A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源 C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源 D．能量在退降说明自然界的能量正在不断减少 12． 关于能量转化的过程，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．凡是能量守恒的过程就一定会发生 B．符合能量守恒的过程都是可逆的 C．热传递的过程不存在方向性 D．摩擦生热的过程是不可逆过程 13． 各种形式的能量都不是孤立的，能量在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，图中按能量转化的顺序，排列正确的是（ ）。 Comment by fj: C 太阳的辐射能是地球万物生长的源泉，树林的生长离不开光合作用，燃煤电厂的煤是远古的林木演化而来的，空调的工作需要电力。 2021沪科版练习册12.2.4 ① 树林 ② 太阳 ③ 燃煤电厂 ④ 空调 A．①②③④ B．②③④① C．②①③④ D．①③②④ 14． 下列说法中正确的是（ ）。 Comment by fj: D 2021沪科版练习册12.2.3 A．能量退降表明，能量的总量并不守恒 B．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能量总量保持不变 15． 在空气中摆动的摆球，摆动的幅度越来越小，直到停止摆动。关于此过程的描述中，正确的是（ ）。 Comment by fj: C 2007年沪科版练习册 A．摆球的能量正在逐渐消失 B．摆球的机械能守恒 C．此过程是一个典型的不可逆过程 D．由于可以使摆球恢复摆动，所以这是一个可逆过程 16． 环境污染已经严重影响人们的生活和经济发展，下列做法中能改善空气质量的是（ ）。 Comment by fj: B 以煤作为主要生活燃料、使用汽油或柴油都会产生大量污染物，导致大气污染，引发温室效应、酸雨等环境问题，而利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放。解决能源问题的最佳方法是开发新能源。 2021沪科版练习册12.3.1 A．以煤等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和地热能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用柴油车代替汽油车 17． 下列不属于火力发电厂的污染的是（ ）。 Comment by fj: D 人类过多地使用氯氟烃类化学物质是破坏臭氧层的主要原因，这种物质并不是由火力发电厂产生的。 2021沪科版练习册12.3.3 A．排放导致温室效应的气体 B．废渣污染水土 C．酸雨 D．破坏大气臭氧层 二、填空题 18． 在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），如果其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转化成内能，其能量___________的价值就会变小。 Comment by fj: 可被利用 2021沪科版练习册12.2.1 19． 能源的开发利用过程实质上就是能量的转化和转移的过程，图中用箭头标出了各种能量之间通过不同装置转化的过程，请填写标号处的装置名称。 Comment by fj: （1）热机，（2）电动机，（3）发电机，（4）电热器，（5）火电厂 2021沪科版练习册12.2.5 （1） （4） （5） 干电池 核电池 （2） （3） 电能 内能 机械能 化学能 核能 （1）内燃机；（2）______________；（3）______________；（4）______________；（5）______________。 20． 可燃冰是固体状态的天然气，深埋于海底和陆地永久冻土层中，是极具发展潜力的新能源，可燃冰属于__________（选填“可再生”或”不可再生”）能源。若 1 m3 可燃冰完全燃烧放出的热量为 6.56×109 J，而 1 m3 天然气完全燃烧放出的热量为 4×107 J，则 1 m3 可燃冰相当于____m3 的天然气完全燃烧所放出的热量。 Comment by fj: 不可再生，164 2021沪科版练习册12.3.4 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $$