第四章 2-3．能源 环境保护与可持续发展-【名师导航】2025-2026学年高中物理必修第三册教师用书word（教科版）

本讲义聚焦能源及其分类、环境保护与可持续发展核心知识点，系统梳理能源的定义、按基本形态（一次/二次）、来源（可再生/非再生）、应用广泛程度（传统/新能源）的分类，以及能源消耗引发的温室效应等环境问题和可持续发展方向，构建完整知识支架。 资料通过思考判断、典例分析、分层作业等设计，以能源分类辨析强化能量观念，结合温室效应案例培养环境保护与可持续发展的科学态度与责任。课中助力教师高效教学，课后学生可借助分层作业和自我总结问题查漏补缺，巩固知识。

2．能源 3．环境保护与可持续发展 [学习目标]　1．知道能源及其分类，知道能源短缺和环境恶化问题。2．增强节约能源和环境保护意识，树立“可持续发展”的意识，培养对开发能源的正确态度。 一、能源及其分类 1．能源 能够提供人类所需能量的自然资源称为能源。 2．分类 (1)按照基本形态分类 能源通常可分为一次能源和二次能源。 ①所谓一次能源是指那些直接取自自然界的未经加工转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物燃料、水流、风力、太阳能、地热能、海洋能等。 ②二次能源是指由一次能源经过加工、转换而形成的能源，如焦炭、煤气、电能等。 (2)按来源分类 可将能源分为可再生能源和非再生能源。 ①水能、风能、太阳能等属于可再生能源。 ②煤炭、石油、天然气等属于不可再生能源。 (3)按目前应用广泛程度分类 可分为传统能源和新能源。 ①目前普遍使用的煤炭、石油、天然气属于传统能源。 ②核能、地热能、海洋能、太阳能等属于新能源。 二、环境保护与可持续发展 1．发展与能源消耗 特别是第三次科技革命以后，随着技术水平的提高，以及人类对能源消耗问题的重视，各国更加注意减少能源的消耗，大力开发节省能源的新技术和新产业，从而生产力的提高不再单纯依赖于能源的消耗增加，使发展生产力的同时减少能源的消耗成为可能。 2．环境保护与可持续发展 (1)发展离不开能源，如果消耗的能源仍然是以化石能源为主的非再生能源，它们会越用越少，直到枯竭，这样就谈不上可持续发展。只有大量开发利用可再生能源，逐步减少不可再生能源的消耗，才是人类的出路所在。 (2)环境污染与能源的大量消耗有着密切的关系。化石燃料的燃烧产生大量的二氧化碳，二氧化碳是具有温室效应的气体。 (3)环境的破坏不只与能源的过量消耗有关，很多人类的活动都会破坏环境。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)能量被使用后就消失了，所以要节约能源。 (×) (2)自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用。 (×) (3)人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源。 (√) (4)大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化。 (√) 2．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　) A．能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 BC　[尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错。] 3．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　) A．石油、天然气都属于新能源 B．能量耗散不遵循能量守恒定律 C．能量耗散会导致能量品质的降低 D．为了可持续发展，必须节约能源 CD　[石油、天然气属于常规能源，A项错误；能量耗散同样遵循能量守恒定律，但能量耗散导致能量品质降低，B项错误，C项正确；因可用能源正在减少，故为了可持续发展，必须节约能源，D项正确。] 考点1　能源的开发与利用 1．能源的分类 (1)从人类使用能源的先后将能源分为传统能源和新能源。 传统能源：煤炭、石油、天然气等。 新能源：太阳能、沼气、地热能、核能等。 (2)从能源的来源可分为非再生能源和可再生能源。 非再生能源：用完后在短期内不可能从自然界得到补充的能源，如煤炭、石油、天然气等。 可再生能源：取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水流能等。 (3)从对环境的污染情况可分为清洁能源和非清洁能源。 清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水流能等。 非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤炭等。 2．常规能源与新能源的转化途径 【典例1】　(多选)能源可划分为一次能源和二次能源。自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源间接制取的能源称为二次能源。以下说法正确的是(　　) A．电能是二次能源 B．水力是二次能源 C．天然气是一次能源 D．焦炉气是一次能源 AC　[电能是二次能源，A正确；天然气和水力都是自然界中现成的能源，是一次能源，B错误，C正确；焦炉气是焦炉厂运作生产时产生的衍生物质，故不是一次能源，D错误。] [跟进训练] 1．(多选)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传递过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油和天然气的化学能在利用中不会对环境造成污染 BC　[虽然我国的煤和石油的储量十分丰富，但是它们是化石能源，用完以后不能在短时间内形成，太阳能和核能的开发是十分重要的，故A错误；能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，故B正确；现在人类社会使用的能源主要是煤、石油、天然气，故C正确；煤、石油、天然气是由古代的生物在长期地质变迁中形成的。在利用这些能源时会产生大量的二氧化碳和二氧化硫，易产生温室效应及酸雨，对环境造成污染，故D错误。] 考点2　环境保护与可持续发展 1．环境问题 (1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。 (2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。 (3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。 (4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。 2．人类与能源的关系 (1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。 (2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。 (3)可持续发展的三个发展方向 ①对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。 ②开发新型清洁的能源和可再生能源。 ③积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。 【典例2】　二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温。大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法不能成立的是(　　) A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高 B．经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命 C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高 D．现在的地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能 D　[地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律。由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，选项A正确；由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，选项B正确；由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，选项C正确；生活用电和工业用电使电能向其他形式的能转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，选项D错误。D符合题意。] [跟进训练] 2．我国某地的一风力发电机，其叶片的半径为R，若风速恰好与叶片转动所在圆面垂直，风力发电机将风能转化为电能的效率为η。已知空气密度为ρ，风速为v。下列说法正确的是(　　) A．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为πρR2v2 B．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为πρR2v2 C．该风力发电机的输出功率为πηρR2v3 D．若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109 kW·h C　[单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为m0＝＝＝πρR2v，单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为Ek0＝m0v2＝，故A、B错误；该风力发电机的输出功率为P出＝＝＝＝＝πηρR2v3，故C正确；若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量满足E电＝ηE风＝η×1.0×108×24 kW·h＝η×2.4×109 kW·h，故D错误。故选C。] 1．下列关于能源的说法中，正确的是(　　) A．煤炭、石油、天然气是不可再生能源 B．由于能量不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C．随着科技不断进步，我们就不需要节约能源 D．水能是不可再生能源 A　[煤炭、石油、天然气是化石燃料，属于不可再生能源，故A正确；虽然能量不会凭空产生，也不会凭空消失，但是能量在转化的过程中可利用的品质会降低，所以人类仍然需要节约能源，故B错误；随着科技不断进步，更需要提高能源的利用率，更应该节约能源，故C错误；水具有循环性，属于可再生能源，故D错误。故选A。] 2．PM2.5主要来自化石燃料、生活物质垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。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．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少 C　[煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，不可能供人类永久使用，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能、包括水能等都是可再生资源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故D错误。] 3．能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则。下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是(　　) A．家电尽量长时间待机 B．用节能灯替换白炽灯 C．楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制 D．不要清除冰箱内的冰、霜 B　[待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电，故A错误；用节能灯替换白炽灯，可节约用电，故B正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制，才属于科学、合理地节约用电，故C错误；清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率，才属于科学、合理地节约用电，故D错误。] 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．试写出能源的分类。 提示：(1)按基本形态分类：一次能源和二次能源。 (2)按来源分类：可再生能源和非再生能源。 (3)按应用广泛程度分类：传统能源和新能源。 2．环境问题有哪些？ 提示：温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘等。 3．写出可持续发展的三个方向。 提示：(1)对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。 (2)开发新型清洁能源和可再生能源。 (3)提高能源的利用效率。 课时分层作业(十九)　能源　环境保护与可持续发展 考点一　能源的开发与利用 1．(多选)下列关于能源的说法中正确的是(　　) A．风力是一次能源　　 B．汽油是二次能源 C．天然气是二次能源 D．水煤气是一次能源 AB　[一次能源是从自然界直接获取的，由一次能源经过加工转化得到的能源为二次能源，所以风力是一次能源，A正确；汽油是二次能源，B正确；天然气是一次能源，C错误；水煤气是二次能源，D错误。故选AB。] 2．关于能源的利用和节能，下列说法正确的是(　　) A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100% B．由于能量既不会凭空消失，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，与科学进步无关 D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉 D　[能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，B、C错误。] 3．煤、石油、天然气和生物质能叛逃的能量形成和转换利用过程基本上是(　　) A．太阳辐射能→化学能→热能 B．太阳辐射能→机械能→电能 C．生物质能→电能→化学能→热能 D．太阳辐射能→机械能→化学能 A　[煤、石油、天然气和生物质能均来源于太阳能，转换利用时由化学能转化为热能，故A正确。故答案为A。] 考点二　环境保护与可持续发展 4．(多选)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，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为 B．根据能量转化与守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的 C．能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护 D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径 ACD　[化石能源的资源是有限的，因此要开发和利用新能源，同时加强环境保护，故A、C、D正确。] 5．下述做法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、风能和氢能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D．限制使用电动车 B　[以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物，A错误；私人汽车代替公交车会使汽车对汽油的消耗量增加，带来的空气污染物增多，C错误；限制使用电动车不能改善空气质量，D错误；故B正确。] 6．某中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费。于是他们在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械能能够转化为电能。设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10 m，且保持不变。当水龙头放出1 t水时，小型水轮发电机所产生的电能为(g取9.8 m/s2)(　　) A．4 000 J　　　　　　　 B．98 000 J C．588 000 J D．39 200 J D　[W1＝mgh＝1 000×9.8×10 J＝98 000 J，W2＝ηW1＝40%×98 000 J＝3.92×104 J，故D正确。] 7．(多选)氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进，氢能具有的优点包括(　　) A．原料来源广 B．易燃烧、热值高 C．储存方便 D．制备工艺廉价易行 AB　[氢能易燃烧、热值高，原料来源广；但储存难、制备成本高，故A、B正确。] 8．20世纪80年代初，科学家们发明了硅太阳能电池。如果在太空设立太阳能卫星电站，可24 h发电，这不仅不受昼夜气候的影响，而且太阳辐射强度大，利用微波—电能转换装置，可将电能转换成微波向地面发送。预计在21世纪初地球上空将会升起卫星电站。硅太阳能电池实现的能量转换方式是(　　) A．光能→微波 B．光能→热能 C．电能→微波 D．光能→电能 D　[太阳能卫星电站中的硅太阳能电池，利用微波—电能转换装置，可将光能转换成电能，向外供电，故D正确。] 9．“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组，其核心部件是“水下大风车”，它的叶片转动时可形成半径为5 m的圆面。某次涨潮期间，该区域海水的潮流速度是1 m/s，流向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知海水密度为1×103 kg/m3，假设这台水轮机能将此圆面内20%的潮流能转化为电能，则这台潮流能发电机发电的功率约为(　　) A．3.9×103W B．7.9×103W C．3.9×104W D．7.9×104W B　[t时间内圆面内的潮流能为Ek＝mv2，又m＝ρV＝ρπr2vt，这台潮流能发电机发电的功率为P＝＝，联立解得P＝20%×ρπr2v3＝0.2××103×3.14×52×13 W≈7.9×103W，故选B。] 10．(多选)关于“温室效应”，下列说法中正确的是(　　) A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应” B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应” C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化 D．“温室效应”使得土壤酸化 BC　[“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确。] 11．(多选)流星在夜空中发出明亮的光焰，此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是(　　) A．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能 B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒 C．当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动 D．流星物体进入大气层后做斜抛运动 AC　[流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确，D错误。] 12．科学家们通过大量的实践研究，估算出了整个地球表面接受的太阳辐射能主要去向的数据，如表所示。 去向 直接 反射 向太空 热辐射 水循环 大气 流动 光合 作用 辐射 功率 5.0× 1013kJ/s 8.0× 1013kJ/s 4.0× 1013kJ/s 4.0× 1011kJ/s 5.0× 1010kJ/s 根据以上数据试估算地球对太阳能的利用率有多大？每年通过植物的光合作用转化的化学能为多少？ [解析]　地球对太阳能的利用率为 ×100%≈23.7% 每年通过光合作用转化为化学能的太阳能为 E＝5×1010×24×3 600×365 kJ≈1.6×1018 kJ。 [答案]　23.7%　1.6×1018KJ 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $