12.4 能源与可持续发展（分层作业）-【教学无忧】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

12.4 能源与可持续发展 知识点1　能量守恒定律　能量转移或转化的方向性 1．能量守恒定律 (1)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。 (2)能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 (3)能量守恒定律的表达式 ①E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 ②ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。 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，即一切与热现象有关的宏观过程具有方向性。 ①能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。 ②能量的转化具有方向性：如电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。 (2)能量耗散 在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。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。 (3)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 知识点2　能源的分类与应用　能源与社会发展 1．能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的化石能源。 (2)可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以再生的能源。 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成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电等。 3．能源与社会发展 (1)能源利用的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 (2)能源是人类社会活动的物质基础。 4．煤炭和石油的燃烧对环境的危害 (1)燃烧时增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应。 (2)因为煤炭和石油中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”。 (3)内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。 5．能源的开发与环境的关系 (1)人类的生存与发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。 (2)一方面要大力提倡节能，另一方面要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。 考向1　能量守恒定律　能量转移或转化的方向性 1.(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是(　　) A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 2.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 3.(多选)把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。但是相反的过程，即原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升，这样的现象我们从来没看到过。燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这些现象说明(　　) A．在能源的利用过程中，能量会减少，能量守恒定律不成立 B．我们在利用能源时，能量会耗散，自然界可利用的能源会越来越少 C．与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性 D．自然界中发生的能量转化都是不可逆的，各种能量最终都会转化为内能 考向2　能源的分类与应用　能源与社会发展 4.(2023·江苏省扬州中学高二月考)下列关于能源的说法中，正确的是(　　) A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．水能是不可再生能源 5.某户居民楼顶平台安装了12块太阳能电池板，利用这些电池板收集太阳能发电，发电总功率可达到3 kW，工作电压为380 V，平均每天发电6 h；发电总功率的30%供自家使用，富余发电以0.2元/度价格并入国家电网。则下列说法正确的是(　　) A．该光伏项目年发电量约为6.75×104 kW·h B．该光伏项目的工作总电流约为0.3 A C．该光伏项目富余发电的年收入约1 400元 D．该光伏项目平均每天的发电量可供一只60 W的白炽灯正常工作300小时 1．（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 能源与可持续发展 知识点1　能量守恒定律　能量转移或转化的方向性 1．能量守恒定律 (1)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。 (2)能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 (3)能量守恒定律的表达式 ①E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 ②ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。 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，即一切与热现象有关的宏观过程具有方向性。 ①能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。 ②能量的转化具有方向性：如电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。 (2)能量耗散 在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。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。 (3)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 知识点2　能源的分类与应用　能源与社会发展 1．能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的化石能源。 (2)可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以再生的能源。 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成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电等。 3．能源与社会发展 (1)能源利用的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 (2)能源是人类社会活动的物质基础。 4．煤炭和石油的燃烧对环境的危害 (1)燃烧时增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应。 (2)因为煤炭和石油中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”。 (3)内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。 5．能源的开发与环境的关系 (1)人类的生存与发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。 (2)一方面要大力提倡节能，另一方面要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。 考向1　能量守恒定律　能量转移或转化的方向性 1.(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是(　　) A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 【答案】　ABC 【详解】　根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的；由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的总能量仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。 2.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所受摩擦力大小不变，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。 3.(多选)把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。但是相反的过程，即原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升，这样的现象我们从来没看到过。燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这些现象说明(　　) A．在能源的利用过程中，能量会减少，能量守恒定律不成立 B．我们在利用能源时，能量会耗散，自然界可利用的能源会越来越少 C．与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性 D．自然界中发生的能量转化都是不可逆的，各种能量最终都会转化为内能 【答案】　BC 【详解】　在能源的利用过程中，能量在数量上不会减少，能量守恒定律依然成立，但是能量会发生耗散，在可利用的品质上会降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，自然界可利用的能源会越来越少，故A错误，B正确；与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性，故C正确；自然界中发生的能量转化在自发情况下都是不可逆的，但在其他外在条件介入的情况下可以发生逆过程，能量的转移和转化具有方向性，各种能量最终都会转化为内能，故D错误。 考向2　能源的分类与应用　能源与社会发展 4.(2023·江苏省扬州中学高二月考)下列关于能源的说法中，正确的是(　　) A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．水能是不可再生能源 【答案】　A 【详解】　煤、石油、天然气等属于化石能源，最初来源可追溯到太阳能，故A正确；能量是守恒的，但能量的品质降低了，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，B错误；科技进步能提高能源的利用率，能更充分地利用有限的能源，故C错误；水能在自然界可以再生，是可再生能源，D错误。 5.某户居民楼顶平台安装了12块太阳能电池板，利用这些电池板收集太阳能发电，发电总功率可达到3 kW，工作电压为380 V，平均每天发电6 h；发电总功率的30%供自家使用，富余发电以0.2元/度价格并入国家电网。则下列说法正确的是(　　) A．该光伏项目年发电量约为6.75×104 kW·h B．该光伏项目的工作总电流约为0.3 A C．该光伏项目富余发电的年收入约1 400元 D．该光伏项目平均每天的发电量可供一只60 W的白炽灯正常工作300小时 【答案】　D 【详解】　发电总功率为3 kW，则年发电总量为3 kW×6 h×365＝6.57×103 kW·h，故A错误；工作总电流约为I＝＝≈7.9 A，B错误；该光伏项目富余发电的年收入约为6.57×103×70%×0.2元＝919.8元，C错误；该光伏项目平均每天的发电量大约可供一只60 W的白炽灯正常工作的时间为t＝＝ h＝300 h，D正确。 1．（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 【答案】B 【详解】由题知，Δt时间内流出的水量为 m = ρQΔt = 1.0×104Δt 发电过程中水的重力势能转化为电能，则有 故选B。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$