12.4 能源与可持续发展 学习任务单-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理学习任务单聚焦《能源与可持续发展》核心内容，以能量守恒定律为基础，串联能量转化方向性、能源分类及社会影响，构建课前梳理概念（能量守恒、能源分类）、课中实例应用（如U形管液体运动、空间站太阳能）、课后综合计算（风能、潮汐能）的递进式学习支架。 资料突出物理观念（能量观念）、科学思维（模型建构、科学推理）与科学态度与责任融合，习题情境化（中国空间站、太阳能电池板）且分层设计，从基础判断到实际应用计算，助学生深化概念理解与问题解决能力，强化能源可持续发展意识。

必修三第十二章《电能 能量守恒定律》课前课中课后 试题精准练 教材：人教版必修三 课题：第十二章《电能 能量守恒定律》第4节 能源与可持续发展 一、课前预习精准练（10分钟） （一）知识点梳理 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。 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。 2.能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。 3.节约能源的根本原因：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。 4.自然界中的宏观过程具有方向性。 三、能源的分类与应用 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能源。煤炭、石油和天然气也叫化石能源。 （2）可再生能源：像水能和风能这类在自然界可以再生的能源。 2.我国能源的开发 （1）太阳能发电；（2）水力发电；（3）风能发电；（4）核能发电。 四、能源与社会发展 1.人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 2.利用不可再生能源带来的危害 （1）改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。 （2）形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。 （3）产生光化学烟雾，产生浮尘。 （二）课前小练 1.下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 2.下列关于能量转化的说法正确的是( ) A. 对蓄电池充电时化学能转化为电能 B. 光合作用把光能转化为化学能 C. 人运动是把内能转化为机械能 D. 太阳能电池把太阳能转化为内能 3.(多选)下列关于能量的耗散的说法正确的是(　　) A．能量的耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量的耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D．能量的耗散导致能量品质的降低 二、课中提升精准练（10分钟） 1.下列关于能量转移和转化的方向性的说法，不正确的是 ( ) A. 在自然界中不是所有能量都能利用 B. 能量的利用是有条件的，也是有代价的 C. 物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体 2.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m.在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为(　　) A.mgh B.mgh C.mgh D.mgh 3. 北京时间2022年11月1日4时27分，梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口，形成“ ”字基本构型。12块太阳能电池板为中国空间站的正常工作提供能量。下列说法正确的是( ) A. 太阳能电池板能将太阳能 转化为电能 B. 能量守恒的过程不一定能自发地发生 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 4.（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为 。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为 ，电池板的光电转化效率为 。以下说法不正确的是( ) A. 太阳能为可再生能源 B. 电池板的光电转化效率 表示此过程能量不守恒 C. 晴天时太阳照射 ，每块电池板产生的电能为 D. 晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏 的白炽灯正常工作 D. 物体发生热传递时，热传递的方向从内能多的物体到内能少的物体 3、 课后巩固精准练（10分钟） 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 2.我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。某类潮汐发电示意图如图所示。涨潮时开闸门，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为 ，平均潮差为 ，一天涨、落潮两次，发电的平均能量转化率为 ，水的密度为 ， 取 ，则一天内发电的平均功率约为( ) A. B. C. D. 3.（多选）关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是( ) A. 摩擦生热的过程是不可逆的 B. 所有能量守恒的过程都是可逆的 C. 空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 D. 可再生能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能量耗散 4、 知识点记忆 能源的开发和利用 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按形式或转换特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能 二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能 按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能 新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能 按可否再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料 按对环境污染情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能 污染能源 会严重污染环境 化石燃料（煤、石油、天然气） 2、 五、参考答案 （一）前预习精准练 课前小练 1.答案　C 解析　题述机器违背了能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误． 2.B [解析]对蓄电池充电时电能转化为化学能，故 错误；光合作用把光能转化为化学能存储，故 正确；人运动是把生物能转化为机械能，故 错误；太阳能电池把太阳能转化为化学能，故 错误。 3.答案　BCD 解析　能量的耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，选项D正确；耗散的内能很难再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确． （二）课中提升精准练 1.D [解析]在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故 正确；能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏，造成的后果将不堪想象，故 正确；物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体，而不一定是从内能多的物体到内能少的物体， 正确， 错误。 2.A　[去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能．如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确． ] 3. 因为不可避免的损耗存在，能量的转化达不到 ， 错误； 能量守恒的过程不一定能自发地发生，比如摩擦产生的内能就不能自发转化成机械能， 正确；能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量可以相互转化， 错误； 能量在利用和转化的过程中是有方向性的，有些能量很难被重新利用，可能发生能源危机， 错误。 4. 太阳能可以从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源，故 正确，不符合题意；电池板的光电转化效率 只是表示太阳能有 能转化成电能，并不代表能量不守恒，故 错误，符合题意；由题意可知晴天时太阳照射 ，每块电池板产生的电能 ，故 错误，符合题意；晴天时的一天，日照按 计算，一块电池板产生的电能 ，能让十盏 的白炽灯工作的时间 ，故 错误，符合题意。 （三）课后巩固精准练 1.C 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． 2. B 发电时水减少的重力势能 ，一天发电两次，转化成的电能 ，所以 ，故 正确， 、 、 错误。 3. 摩擦过程会自发地产生热量，但热量不能自发地产生摩擦，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故 正确；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故 错误；热传递存在方向性的含义是指热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，但若有其他影响也可以将热量从低温物体传递到高温物体，空调机制冷时必须通过压缩机做功才能实现热量从低温物体传递到高温物体，因此热传递仍然存在方向性，故 错误；可再生能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能量耗散，故 正确。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $