12.4能源与可持续发展（知识解读）-2025-2026学年高二上学期物理同步知识点解读与专题训练（人教版必修第三册）

12.4能源与可持续发展（知识解读）（解析版） •知识点1 能量守恒定律、能量转移或转化的方向性 •知识点2 能源的分类与应用 •知识点3 能源与社会发展 •作业 巩固训练 能量守恒定律、能量转移或转化的方向性 知识点1 1、能量守恒定律内容：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、能量守恒定律意义：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，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 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、能量守恒定律作用：指明了永动机的不可能被创造出来；发现各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 4、能量守恒的表达式 （1）初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和：E初＝E末。 （2）某些能量的增加量等于其他能量的减少量：ΔE增＝ΔE减。 5、能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。 6、能量转移或转化的方向性：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。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动、全额发生的。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 7、对能量耗散和品质降低的理解 （1）能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。 （2）内能比机械能、电能等能量低级，是一种低品质的能量。能量耗散只是导致了能量品质降低，并不会导致能量总量减少，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。 各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。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。能量的耗散导致可利用能源减少。 【典例1】在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断的减少 B．能量耗散不遵循能量守恒定律 C．能量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】D 【详解】A．能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，故A错误； B．能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化遵循能量守恒定律，故能量耗散遵循能量守恒定律，故B错误； C．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，故C错误； D．能量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，反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。 故选D。 【变式1-1】能量守恒定律是自然界最基本的规律之一。下列关于能量转化的说法中正确的是（    ） A．电饭锅主要将电能转化为内能 B．电风扇主要将机械能转化为内能 C．电动机主要将机械能转化为电能 D．太阳能热水器主要将内能转化为光能 【答案】A 【详解】A．电饭锅主要将电能转化为内能，选项A正确； B．电风扇主要将电能转化为机械能，选项B错误； C．电动机主要将电能转化为机械能，选项C错误； D．太阳能热水器主要将光能转化为内能，选项D错误。 故选A。 【变式1-2】（多选）如图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1.0kg/m3，π近似等于3。若风力发电机的效率约为30%。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为7.2×103m3 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积为7.2×102m3 C．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的质量为7.2×102kg D．此风力发电机发电的功率约为39kW 【答案】AD 【详解】AB．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积为 故A正确，B错误； C．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的质量 故C错误； D．此风力发电机发电的功率 联立以上解得 故D正确。 故选AD。 【变式1-3】（多选）质量为2×103kg、发动机的额定功率为80kW的汽车在平直公路上行驶。若该汽车所受阻力大小恒为4×103N，有关汽车的运动下列判断正确的是（　　） A．汽车的行驶速度无法超过19m/s B．汽车匀速行驶的速度可以等于18m/s C．汽车获得的动能小于发动机做的总功 D．汽车获得的动能等于发动机做的总功 【答案】BC 【详解】AB.在行驶中，汽车发动机提供牵引力，当汽车功率最大时，且牵引力等于阻力，此时汽车速度最大，即 故A错误，B正确； CD.汽车在行驶过程还要克服阻力做功，由能量守恒可知汽车获得的动能小于发动机做的总功，故C正确，D错误。 故选BC。 能源的分类与应用 知识点2 1、化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。不可再生能源包括煤炭、石油和天然气等。 2、能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。可再生能源包括水能、风能、潮汐能、太阳能发电、风能发电、核能发电等能源。 3、能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。 4、可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；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。 【典例2】（多选）电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车，其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等，现有一辆汽车装有镍基电池，对于其工作原理，下列说法正确的是（　　） A．工作时化学能转化为电能和内能 B．充电时化学能转化为电能和内能 C．工作时电能转化为化学能和内能 D．充电时电能转化为化学能和内能 【答案】AD 【详解】AC．电池工作时化学能转化为电能，同时由于用电元件发热，也转化为部分内能，故A正确，C错误； BD．充电时电能转化为化学能，同时由于用电元件发热，也转化为部分内能，故B错误，D正确。 故选AD。 【变式2-1】在下列四组用电器中，均属于利用电流的热效应的一组是（　　） A．电风扇和电动机 B．白炽灯和电饭锅 C．洗衣机和电冰箱 D．电解槽和电视机 【答案】B 【详解】A．电风扇和电动机正常工作时是非纯电阻，做功是主要的，发热是次要的，主要是将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，故A错误； B．白炽灯和电饭锅是纯电阻，工作时将电能转化为内能，利用了电流的热效应，故B正确； C．洗衣机工作时主要将电能转化为机械能，电冰箱主要是将电能转化为电动机的机械能，通过做功使物态发生变化，可知，洗衣机和电冰箱均不是利用电流的热效应，故C错误； D．电解槽和电视机均是非纯电阻，电解槽主要将电能转化为化学能，电视机主要将电能转化为声和光能，可知电解槽和电视机均不是利用电流的热效应，故D错误。 故选B。 【变式2-2】从能量转化的角度来看，下列说法正确的是（　　） A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能 B．核电站工作时主要将电能转化为核能 C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器 【答案】D 【详解】A．电暖气正常工作时，利用电流的热效应将电能转化为内能使周围温度升高，故A错误； B．核电站工作时主要通过‌核反应堆中的核裂变反应释放出热量，将水加热产生蒸汽，然后蒸汽推动‌汽轮发电机发电，是将核能转化为电能，故B错误； C．电动汽车在行驶过程中，将电能转化为机械能，故C错误； D．人造卫星展开太阳能电池板，将光能转化为电能供给卫星用电器，故D正确。 故选D。 【变式2-3】（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】ABC．根据能量守恒定律可知，不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，由能量耗散可知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境的内能，而我们无法把这部分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，而自然界的能量仍是守恒的，故ABC正确； D．各种能量不论在转化时或不转化时均是守恒的，故D错误； 故选ABC。 能源与社会发展 知识点3 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。 3、要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式；一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。 【典例3】（多选）近年来，我国能源开发取得了很大成就，关于能源和可持续发展的说法正确的是（　　） A．通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能是目前利用太阳能最有前途的领域 B．水电站是利用水能的重要形式，水能是可再生资源 C．在自然界中，能量的转化过程都是可以自然发生的 D．能量不会凭空产生和凭空消失，不存在能源危机 【答案】AB 【详解】A．通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能是目前利用太阳能最有前途的领域，故A正确； B．水电站是利用水能的重要形式，水能是可再生资源，故B正确； C．在自然界中，能力的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能，故C错误； D．能源危机的根本原因不是能量的产生和消失问题，而是能量转换和转移的过程具有方向性，即能量的转换和转移可能无法有效地控制或利用，故D错误。 故选AB 。 【变式3-1】下列关于能源的说法正确的是（　　） A．太阳能是地球上最主要的能量源泉 B．珠江的水能是用之不尽的 C．天然气是可再生能源 D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律 【答案】A 【详解】A．太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确； B．珠江的水能不是用之不尽的，故B错误； C．天然气是不可再生能源，故C错误； D．基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误。 故选A。 【变式3-2】（多选）关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．在能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 B．核电站发电时所产生的电能是由热能转化来的 C．修筑拦河坝建造水电站不会对沿河的水域环境造成影响 D．能量的转化具有方向性，所以要节约能源 【答案】AD 【详解】A．根据能量守恒定律，在能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故A正确； B．核电站工作原理，核能也叫原子能转换为热能、机械能最后转换为电能。以常见的压水堆为例，核电站总共分三个独立回路，裂变发生在第一回路，当铀-235的原子核受到外来中子轰击时，同时释放2-3个中子从而引发裂变的链式反应，整个过程会产生巨大的热量，这些热量先将一回路的水加热到327°C，然后在主泵的推动下将二回路的水蒸气再冷凝成水，然后利用带出的热量推动汽轮机发电机等设备做功从而产生电能，故B错误； C．修筑拦河坝建造水电站会对沿河的水域环境造成影响，故C错误； D．能量的转化具有方向性，所以要节约能源，故D正确。 故选AD。 【变式3-3】（多选）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．水能、风能、太阳能为可再生能源 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 【答案】AD 【详解】A．并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，故A错误； B．根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确； C．水能、风能、太阳能为可再生能源，故C正确； D．能的转化过程符合能量守恒定律，虽然总能量不变，但是可利用的能源越来越少，可能会发生能源危机，故D错误。 本题选不正确的，故选AD。 一、单选题 1．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】A．煤、石油、天然气等属于石化燃料，最初来源可追溯到太阳能，故A正确； B．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，故B错误； C．科技进步能提高能源的利用率，更充分的利用有限的能源，故C错误； D．水能是可以重复利用，是可再生能源，故D错误。 故选A。 2．下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．黄河的水能是取之不尽，用之不竭的 B．化石能源是凭空产生的 C．一块石头从嵩山上滚下后静止，说明能量会凭空消失 D．在自然界中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】由能量守恒定律可知，能量不会凭空消失也不会凭空产生，能量只会从一个物体转移到另一个物体，整个自然界中的能量的总量保持不变。所以ABC错误，D正确。 故选D。 3．“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明自然界的能量总量是可变的 【答案】C 【详解】A．太阳能是可再生能源，故A错误； B．太阳能主要以热辐射的方式传到地球，故B错误； C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置，故C正确； D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，并不是创造了能量，而是能量发生了转化，总的能量仍然守恒，故D错误。 故选C。 4．光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到的太阳能，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为（　　） A．3kW B．10kW C．60kW D．600kW 【答案】B 【详解】令历时为t，能够利用的太阳能 根据功率的表达式有 解得 故选B。 5．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是（　　） A．重力势能减少，动能不变，机械能减少 B．重力势能减少，动能增加，机械能减少 C．重力势能减少，动能增加，机械能增加 D．重力势能减少，动能增加，机械能守恒 【答案】B 【详解】小孩加速滑下，高度不断减小，重力做正功，重力势能减小；速度增大，动能增加；小孩在下滑过程中与滑梯摩擦生热，一部分机械能转化成内能，导致机械能总量减小，故B正确，ACD错误。 故选B。 6．下列判断错误的是（　　） A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能 B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能 C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能 D．人走路时，没有力做功所以没有能量转化 【答案】D 【详解】A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能。故A正确，与题意不符； B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能。故B正确，与题意不符； C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能。故C正确，与题意不符； D．人走路时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能。故D错误，与题意相符。 本题选错误的故选D。 7．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B．大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念 C．太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能 【答案】D 【详解】A．苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故A错误； B．大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二氧化碳的含量，不符合“低碳生活”理念，故B错误； C．太阳能电池充电时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能的装置，故C错误； D．根据能量转化的方向性可知，在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，故D正确。 故选D。 8．风能是清洁能源，风力发电是利用风的动能推动发电机的叶片转动而产生电能。某地有一个风力发电场，安装有20台风电机组，该风电场一年之中能满负荷发电的时间约为80天。已知发电机叶片长度为30米，空气的密度为，该地区平均风速，风向与叶片转动面垂直，空气的动能约有10%可以转化为电能，则该发电场年发电量约为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】单位时间内与发电机叶片作用的空气质量为 每台发电机的发电功率为 该发电厂一年之中能满负荷发电的时间约为 该发电场年发电量约为 故选B。 二、多选题 9．下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 【答案】ACD 【详解】A．并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误，符合题意； B．根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确，不符合题意； C．能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，C错误，符合题意； D．能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误，符合题意。 故选ACD。 10．关于能量和能源，下列说法正确的是（      ） A．化石能源是不可再生能源，水能是可再生能源 B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源 D．能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了 【答案】AD 【详解】A．化石能源是不可再生能源，水能是可再生能源，故A正确； B．人类在不断地开发和利用新能源，但能量不可以被创造，故B错误； C．在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能源的品质在降低，所以还需要节约能源，故C错误； D．能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，故D正确。 故选AD。 11．在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和弹性床的协助下实现上下弹跳，如图所示。某次蹦床活动中小孩静止时处于O点，当其弹跳到最高点A后下落可将蹦床压到最低点B，小孩可看成质点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．从A点运动到O点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量 B．从O点运动到B点，小孩机械能的减少量等于蹦床弹性势能的增加量 C．从A点运动到B点，小孩机械能的减少量小于蹦床弹性势能的增加量 D．从B点返回到A点，小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量 【答案】AD 【详解】A．从A点运动到O点，小孩的速度不断增大，根据能量转化和守恒定律可知，其重力势能的减少量等于增加的动能与弹性绳的弹性势能之和，故重力势能的减少量大于动能的增加量，故A正确； B．从O点运动到B点，小孩的速度不断减小，根据能量转化和守恒定律可知，小孩机械能减少量等于弹性绳、蹦床弹性势能增加量，故小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能的增加量，故B错误； C．从A点运动到B点，小孩机械能转化为弹性绳和蹦床的弹性势能，则知小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能增加量，故C错误； D．从B点返回到A点的过程中，弹性绳的弹性势能和蹦床的弹性势能转化为小孩的机械能，则知小孩机械能增加量大于蹦床弹性势能的减少量，故D正确。 故选AD。 12．如图所示，电源电动势为E，内电阻为r。当滑动变阻器的触片P从左端滑到右端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是（　　） A．小灯泡L1、L2变暗，L3变亮 B．小灯泡L3变暗，L1、L2变亮 C．ΔU1<ΔU2 D．ΔU1>ΔU2 【答案】AD 【详解】AB．当滑动变阻器的触片P从左端滑到右端时，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，总电流减小，路端电压增大，在干路上，故变暗。变阻器的电阻增大，并联部分的电阻增大，则并联部分电压增大，的电流增大，L3变亮。总电流减小，而的电流增大，则的电流减小，变暗，故A正确，B错误； CD．电压表测的是并联电压，示数增大，电压表测的是的电压，示数减小，由于路端电压增大，因此 故 故C错误，D正确。 故选AD。 三、解答题 13．LED灯是一种半导体新型节能灯。已知某种型号的LED灯在一定电压范围内的工作电流是，在不同电压下发出不同颜色的光：当两端电压为时，发黄光；当两端电压为时，发红光；当两端电压为时，发蓝光。 (1)上述LED灯发黄光时消耗的电功率有多大？ (2)广告牌上LED灯数量为10000个，那么一块的LED广告牌发红光时，需要供给的电功率大约有多少？ 【详解】(1)LED灯发黄光时消耗的电功率 (2)每个灯的功率 则总功率 14．太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。某地区安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80m，该地区常年的平均风速v=5.0m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ=1.25kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R=80m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能。 （1）求每台风力发电机的发电功率P； （2）已知标准煤的热值q=3.0×107J/kg，则该风力发电场年发电量相当于燃烧多少标准煤产生的热量？ 【详解】（1）设单位时间（t0=1s）内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有 解得 P=1.57×105W （2）2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间 t=365×24×3600s 设年发电量为E，则有 E=2Pt E=qm 解得 m=3.30×105kg 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4能源与可持续发展（知识解读）（原卷版） •知识点1 能量守恒定律、能量转移或转化的方向性 •知识点2 能源的分类与应用 •知识点3 能源与社会发展 •作业 巩固训练 能量守恒定律、能量转移或转化的方向性 知识点1 1、能量守恒定律内容：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、能量守恒定律意义：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，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 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、能量守恒定律作用：指明了永动机的不可能被创造出来；发现各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 4、能量守恒的表达式 （1）初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和：E初＝E末。 （2）某些能量的增加量等于其他能量的减少量：ΔE增＝ΔE减。 5、能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。 6、能量转移或转化的方向性：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。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动、全额发生的。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 7、对能量耗散和品质降低的理解 （1）能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。 （2）内能比机械能、电能等能量低级，是一种低品质的能量。能量耗散只是导致了能量品质降低，并不会导致能量总量减少，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。 各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。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。能量的耗散导致可利用能源减少。 【典例1】在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断的减少 B．能量耗散不遵循能量守恒定律 C．能量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 【变式1-1】能量守恒定律是自然界最基本的规律之一。下列关于能量转化的说法中正确的是（    ） A．电饭锅主要将电能转化为内能 B．电风扇主要将机械能转化为内能 C．电动机主要将机械能转化为电能 D．太阳能热水器主要将内能转化为光能 【变式1-2】（多选）如图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1.0kg/m3，π近似等于3。若风力发电机的效率约为30%。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为7.2×103m3 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积为7.2×102m3 C．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的质量为7.2×102kg D．此风力发电机发电的功率约为39kW 【变式1-3】（多选）质量为2×103kg、发动机的额定功率为80kW的汽车在平直公路上行驶。若该汽车所受阻力大小恒为4×103N，有关汽车的运动下列判断正确的是（　　） A．汽车的行驶速度无法超过19m/s B．汽车匀速行驶的速度可以等于18m/s C．汽车获得的动能小于发动机做的总功 D．汽车获得的动能等于发动机做的总功 能源的分类与应用 知识点2 1、化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。不可再生能源包括煤炭、石油和天然气等。 2、能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。可再生能源包括水能、风能、潮汐能、太阳能发电、风能发电、核能发电等能源。 3、能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。 4、可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；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。 【典例2】（多选）电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车，其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等，现有一辆汽车装有镍基电池，对于其工作原理，下列说法正确的是（　　） A．工作时化学能转化为电能和内能 B．充电时化学能转化为电能和内能 C．工作时电能转化为化学能和内能 D．充电时电能转化为化学能和内能 【变式2-1】在下列四组用电器中，均属于利用电流的热效应的一组是（　　） A．电风扇和电动机 B．白炽灯和电饭锅 C．洗衣机和电冰箱 D．电解槽和电视机 【变式2-2】从能量转化的角度来看，下列说法正确的是（　　） A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能 B．核电站工作时主要将电能转化为核能 C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器 【变式2-3】（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 能源与社会发展 知识点3 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。 3、要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式；一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。 【典例3】（多选）近年来，我国能源开发取得了很大成就，关于能源和可持续发展的说法正确的是（　　） A．通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能是目前利用太阳能最有前途的领域 B．水电站是利用水能的重要形式，水能是可再生资源 C．在自然界中，能量的转化过程都是可以自然发生的 D．能量不会凭空产生和凭空消失，不存在能源危机 【变式3-1】下列关于能源的说法正确的是（　　） A．太阳能是地球上最主要的能量源泉 B．珠江的水能是用之不尽的 C．天然气是可再生能源 D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律 【变式3-2】（多选）关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．在能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 B．核电站发电时所产生的电能是由热能转化来的 C．修筑拦河坝建造水电站不会对沿河的水域环境造成影响 D．能量的转化具有方向性，所以要节约能源 【变式3-3】（多选）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．水能、风能、太阳能为可再生能源 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 一、单选题 1．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 2．下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．黄河的水能是取之不尽，用之不竭的 B．化石能源是凭空产生的 C．一块石头从嵩山上滚下后静止，说明能量会凭空消失 D．在自然界中，能量的总量保持不变 3．“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明自然界的能量总量是可变的 4．光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到的太阳能，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为（　　） A．3kW B．10kW C．60kW D．600kW 5．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是（　　） A．重力势能减少，动能不变，机械能减少 B．重力势能减少，动能增加，机械能减少 C．重力势能减少，动能增加，机械能增加 D．重力势能减少，动能增加，机械能守恒 6．下列判断错误的是（　　） A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能 B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能 C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能 D．人走路时，没有力做功所以没有能量转化 7．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B．大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念 C．太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能 8．风能是清洁能源，风力发电是利用风的动能推动发电机的叶片转动而产生电能。某地有一个风力发电场，安装有20台风电机组，该风电场一年之中能满负荷发电的时间约为80天。已知发电机叶片长度为30米，空气的密度为，该地区平均风速，风向与叶片转动面垂直，空气的动能约有10%可以转化为电能，则该发电场年发电量约为（　　） A． B． C． D． 二、多选题 9．下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 10．关于能量和能源，下列说法正确的是（      ） A．化石能源是不可再生能源，水能是可再生能源 B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源 D．能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了 11．在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和弹性床的协助下实现上下弹跳，如图所示。某次蹦床活动中小孩静止时处于O点，当其弹跳到最高点A后下落可将蹦床压到最低点B，小孩可看成质点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．从A点运动到O点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量 B．从O点运动到B点，小孩机械能的减少量等于蹦床弹性势能的增加量 C．从A点运动到B点，小孩机械能的减少量小于蹦床弹性势能的增加量 D．从B点返回到A点，小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量 12．如图所示，电源电动势为E，内电阻为r。当滑动变阻器的触片P从左端滑到右端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是（　　） A．小灯泡L1、L2变暗，L3变亮 B．小灯泡L3变暗，L1、L2变亮 C．ΔU1<ΔU2 D．ΔU1>ΔU2 三、解答题 13．LED灯是一种半导体新型节能灯。已知某种型号的LED灯在一定电压范围内的工作电流是，在不同电压下发出不同颜色的光：当两端电压为时，发黄光；当两端电压为时，发红光；当两端电压为时，发蓝光。 (1)上述LED灯发黄光时消耗的电功率有多大？ (2)广告牌上LED灯数量为10000个，那么一块的LED广告牌发红光时，需要供给的电功率大约有多少？ 14．太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。某地区安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80m，该地区常年的平均风速v=5.0m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ=1.25kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R=80m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能。 （1）求每台风力发电机的发电功率P； （2）已知标准煤的热值q=3.0×107J/kg，则该风力发电场年发电量相当于燃烧多少标准煤产生的热量？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $