18.4 能源与可持续发展（知识解读）-2025-2026学年九年级物理下册同步知识解读与专题训练（苏科版）

本初中物理讲义聚焦能量转化的效率与能源可持续发展核心知识点，先阐释效率定义、表达式及能量损失原理，再分析能源利用导致的大气污染等环境问题，进而探讨能源消耗增长的应对策略，构建“问题-分析-解决”的学习支架。 资料通过典例与变式题（如效率计算、绿色能源应用）培养科学思维，结合“双碳”目标渗透科学态度与责任，题型多样适配课中教学与课后巩固，助力学生深化能量观念，提升解决实际问题的能力。

18.4 能源与可持续发展（知识解读）（解析版） •知识点1 能量转化的效率 •知识点2 能源与可持续发展 •作业 巩固训练 能量转化的效率 知识点1 1、能量转化的效率 （1）输出的有用能量和输入的总能量之比，叫做能量转化的效率。 （2）表达式为：。 （3）由于在能量转化过程中总有能量损失，所以能量转化的效率总小于1。 2、能源的利用和对环境的危害 （1）城市大气污染：一次能源利用过程中，产生大量的CO、SO2、NOX、TSP及多种芳烃化合 物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且损害人体健 康。 （2）矿物燃料的燃烧，使大气CO2浓度增加，温室效应增强。 （3）酸雨：化石能源的燃烧产生的大量SO2和NOX等污染物通过大气传输，在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水 库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失．酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。 （4）核废料问题：发展核能技术，尽管在反应堆方面已有了安全保障，但是，世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料．这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射性。 【典例1】要实现“绿水青山”，节能减排势在必行。关于能源、能量及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．能量在转化和转移的过程中，能的总量越来越少 B．“零排放”的纯电动车能量转化效率可达100% C．氢燃料发动机能够将化学能全部转化为机械能 D．节能问题的核心是提高能量利用中的转化效率 【答案】D 【详解】A．根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中，能的总量保持不变，故A错误； B．纯电动车能量转化效率不可能达100%，电能在转化为机械能的同时要克服摩擦做功，需要消耗一部分能量，故B错误； C．氢燃料发动机能够将化学能转化为机械能，同时要克服摩擦做功，消耗一部分能量，所以化学能没有全部转化为机械能，故C错误； D．节能问题的核心是提高能量利用中的转化效率，提高能量转换效率意味着在能量转换过程中，能够更有效地将输入的能量转化为有用的输出能量，从而减少能量的浪费，达到节能的目的，故D正确。 故选D。 【变式1-1】能源是人类一切物质生活、社会经济发展的基础。从古至今，人类对能量与能源的研究从未停止。下列对能量和能源的说法正确的是（　　） A．能量转化效率可以提高，但不能达到100% B．我们国家的核电站是利用核聚变进行发电的 C．我国物产丰富、能源充足，不存在“能源危机” D．新能源的开发和利用绝对安全且没有任何污染 【答案】A 【详解】A．在能量的转化过程中，会伴随着着能量的损耗，这是不可避免的，所以能量转化效率可以提高，但不能达到100%，故A正确； B．核电站是利用核裂变反应释放出大量核能的装置，而不是核聚变反应，故B错误； C．我国物产丰富、能源充足，但不可再生能源是有限的，所以需要我们节约能源，若肆意消耗能源，可能会出现“能源危机”，故C错误； D．根据新能源的特点可知，新能源的开发和利用比较安全、污染较小，故D错误。 故选A。 【变式1-2】某蒸汽机工作时，若燃料完全燃烧放出的热量为，其中转化为机械能的那部分能量为，则该蒸汽机的能量转化效率为 。 【答案】25% 【解析】【小题1】由能量转化效率公式，则该蒸汽机的能量转化效率 【变式1-3】有一台以汽油机为动力的茶园修剪机。其油箱最多可装3kg的汽油，消耗一箱油做功，求： (1)一箱汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽油机工作的效率； (3)如果这台汽油机的效率提高到50%，则做同样的有用功，可节约多少千克的汽油； (4)简述提高汽油机效率的方法。 【详解】（1）一箱汽油完全燃烧放出的热量为 （2）汽油机工作的效率为 （3）由得，做同样的有用功，这台汽油机消耗的汽油释放的热量变为 由得，汽油机消耗的汽油的质量为 节约的汽油为 （4）提高汽油机效率的方法有提高燃料的燃烧程度，利用尾气等。 能源与可持续发展 知识点2 1、由于世界人口的急剧增长和经济的不断发展，能源的消耗急剧增长，目前作为人类主要能源的化石能源 正逐渐被消耗，所以节约能源已成为当今社会的一大问题，解决能源问题的出路主要有两种：一是提高能 源的利用率；二是开发和利用新能源，特别是开发和利用太阳能和核能。 2、有利于节约能源的措施 （1）节能降耗，从我做起：随手关灯、关电脑等，注意节约用水等等。 （2）注意技术创新，提高能源利用效率，减少废气、废物排放的污染因素。 （3）依靠科学技术创新开发绿色新能源，加强能源利用中的防护措施，提高能源使用的安全性。 3、要实现碳排放持续大幅下降，一方面要优化能源结构，加快发展太阳能、水能、风能等清洁能源；另一 方面要大力提倡低碳消费，落实节能举措，降低能耗。让我们从力所能及的小事做起，积极践行"绿水青山 就是金山银山"的发展理念，实现社会可持续发展，共创人类美好未来。 【典例2】人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．现代生活离不开电，电能是一次能源 B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值 C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源 【答案】C 【详解】A．电能不能直接从自然界获取，属于二次能源，故A错误； B．新能源的开发和利用技术难、成本高，但有实用价值，故B错误； C．风能、水能、太阳能等大多数可再生能源清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，故C正确； D．有些能源使用以后不能再被利用，还会越用越少，所以要节约能源，故D错误。 故选C。 【变式2-1】能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成现代文明社会的三大支柱。下列说法正确的是（    ） A．当今世界能源资源丰富多样，无需节约，可满足未来能源需求的大幅增长 B．当今世界的主要能源为新能源，比如太阳能、核能 C．仅需3颗同步卫星就可以实现全球通信 D．碳纤维能“上天入海”在诸多领域大显身手，是因为其自身的质量小，强度大 【答案】C 【详解】A．当今世界能源资源虽然丰富多样，不过大多属于不可再生能源，像煤炭、石油等，它们的储量是有限的。而且随着全球经济的不断发展以及人口的持续增长，对能源的需求在不断增加。如果不节约能源，有限的能源很快就会消耗殆尽，无法满足未来能源需求的大幅增长，所以需要节约能源，故A错误； B．目前，在世界能源结构中，传统能源如煤炭、石油、天然气等仍然占据主要地位。虽然太阳能、核能等新能源发展迅速，但它们在能源结构中所占的比例相对较小，所以当今世界的主要能源还是传统能源，故B错误； C．根据卫星通信的原理，仅需3 颗同步卫星就可以实现全球通信。同步卫星位于地球赤道上空约36000千米的高度，它们相对地球静止，三颗同步卫星可以覆盖全球大部分地区，从而实现全球通信，故C正确； D．碳纤维能在“上天入海”等诸多领域大显身手，是因为其自身具有密度小、强度大等优良性能，而不是质量小，故D错误。 故选C。 【变式2-2】为了保护地球，人们一直在从自然界中寻求清洁的“绿色”能源，所谓的“绿色”能源是指不排放污染物的能源。请举出一种你熟悉的“绿色”能源： ，并写出其在生产、生活中的一项应用： 。 【答案】 水能 水电站 【详解】[1][2]风能、水能、太阳能灯是不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，属于“绿色”能源，其应用：风力发电、水力发电、太阳能发电等。 【变式2-3】在我国实施的“西气东输”工程中，西部的优质天然气被输送到缺乏能源的东部地区，天然气与煤相比 ；从环保角度分析它突出的优点是 。 【答案】 热值大 污染小 【详解】[1]根据热值的知识可知，相等质量的物质，热值大的放热就多。 [2]根据能源的知识可知，天然气燃烧污染小，煤燃烧还要放出别的废气，污染大。 1．在生产生活中，我们用到了很多燃料，下列燃料符合低碳生活理念的是（    ） A．石油 B．煤炭 C．木柴 D．氢燃料 【答案】D 【详解】A．石油燃烧生成CO₂，增加碳排放，不符合低碳理念，故A不符合题意； B．煤炭燃烧释放大量CO₂，不符合低碳理念，故B不符合题意； C．木柴燃烧产生CO₂，且热值低，不符合低碳理念，故C不符合题意； D．氢燃料燃烧产物为水，无CO₂排放，符合低碳理念，故D符合题意。 故选D。 2．绿色发展是一种和谐性发展，推动绿色发展，是促进人与自然和谐共生不可或缺的决策。下列举措不符合这一要求的是（   ） A．开发利用太阳能、风能等新能源替代化石燃料 B．大力开采矿物资源，加快经济发展 C．实行塑料制品回收再生、循环利用 D．绿色出行，尽量搭乘公共交通工具 【答案】B 【详解】A．开发新能源替代化石燃料，能减少污染，符合绿色发展，故A不符合题意； B．大力开采矿物资源，会造成资源枯竭和环境破坏，不符合绿色发展，故B符合题意； C．塑料制品回收再生，能节约资源、减少污染，符合绿色发展，故C不符合题意； D．绿色出行，能减少碳排放，符合绿色发展，故D不符合题意。 故选 B。 3．水是生命之源！面对严峻的水资源问题，我们应该珍惜每一滴水。关于水资源，下列说法正确的是（　　） A．贵阳的红枫湖不存在水污染的问题 B．可供人类使用的淡水资源其实是比较少的 C．贵州河流、湖泊较多，所以贵州不会出现水资源危机 D．因为地球上的水循环，所以水资源“取之不尽用之不竭” 【答案】B 【详解】A．贵阳的红枫湖存在水污染的问题，故A错误； B．地球上的水，97%是海洋水，而人类所需的淡水资源仅占全球水量的2.5%，所以可供人类使用的淡水资源其实是比较少的，故B正确； C．贵州河流、湖泊较多，也会出现水资源危机，故C错误； D．饮用水的循环是需要一定的时间的，而且这时间要以它被污染的程度而定，尽管水在自然界中不停地循环，但淡水资源却极为贫乏，所以水资源不是“取之不尽用之不竭”的，故D错误。 故选B。 4．下列说法正确的是（   ） A．分子是微观世界最小的微粒 B．厨房内使用的天然气属于可再生能源 C．原子核由质子和中子组成 D．马德堡半球实验第一次精确测定了大气压强的数值 【答案】C 【详解】A．分子由原子构成，原子又由原子核和核外电子构成等，所以分子不是微观世界最小的微粒，故A错误； B．天然气是古代生物在地下经过漫长的地质年代形成的，属于化石燃料，短时间内不能再生，属于不可再生能源，故B错误； C．原子核是原子的核心部分，原子核通常由质子和中子组成，故C正确； D．托里拆利实验第一次精确测定了大气压强的数值，故D错误。 故选C。 5．节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　） A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数 C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于 D．手机充完电后，不必拔下充电器 【答案】D 【详解】A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品符合节能环保要求，故A不符合题意； B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用可节约用电，符合节能环保要求，故B不符合题意；   C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于26°C，有利用节约电能，符合节能环保要求，故C不符合题意；   D．手机充完电后，充电器插在电源上仍会消耗电能，浪费能源，不符合节能要求，故D符合题意。 故选D。 6．网约车方便快捷，成为人们出行的首选，纯电动汽车替代燃油汽车成为网约车中的主力军。下列说法错误的是（   ） A．石油是不可再生能源 B．发动机消耗的汽油属于一次能源 C．用户通过手机联络网约车司机，利用了电磁波能够传递信息 D．纯电动汽车替代燃油汽车，可以减少碳排放 【答案】B 【详解】A．石油不能源源不断的在大自然中获取，因此属于不可再生能源，故A正确，不符合题意； B．一次能源是指可以从自然界直接获取的能源；而汽油是由石油（一次能源）经过加工提炼得到的，属于二次能源，并非一次能源，故B错误，符合题意； C．手机通过发射和接收电磁波来传递信息，用户联系网约车司机利用了电磁波能够传递信息的特性，故C正确，不符合题意； D．纯电动汽车替代燃油汽车，不会有废气的排放，可以减少碳的排放，故D正确，不符合题意。 故选B。 7．关于电动自行车上的蓄电池，下列说法不正确的是（　　） A．从能量转化观点看，电动车在骑行时，蓄电池将电能转化为机械能 B．从能量转化观点看，给电动车充电时，将电能转化为化学能储存起来 C．在电动车骑行时和给电动车充电时，蓄电池在电路中的作用不同 D．电动车的废旧蓄电池对环境有污染，但可以变废为宝，回收再利用 【答案】A 【详解】A．电动车在骑行时，蓄电池放电，化学能 → 电能 → 电动机 → 机械能，所以“蓄电池将电能转化为机械能”这个说法严格来说不准确，故A错误，符合题意； B．充电时，电池消耗电能，将电能转化为化学能，故B正确，不符合题意； C．骑行时蓄电池是电源，充电时蓄电池是用电器，作用不同，故C正确，不符合题意； D．废旧蓄电池有污染，可回收利用，故D正确，不符合题意。 故选 A。 8．能源是人类生存和发展的基础。关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　） A．涉及热现象的能量转化和转移是有方向性的 B．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔 C．煤是不可再生能源，以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染 D．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径 【答案】D 【详解】A．热现象的能量转化和转移过程具有方向性，例如热量只能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给高温物体，能量在转化过程中也会有一部分以热的形式散失到周围环境中，无法再完全转化为其他形式的能量，所以是不可逆的，故A正确，不符合题意； B．太阳能可以从自然界中获取利用，属于一次能源，而且太阳能储量丰富，污染小，开发前景广阔，故B正确，不符合题意； C．煤一旦消耗短时间内就很难再生，故属于不可再生能源，以煤为主要燃料的火电站，会产生大量二氧化碳、氮氧化合物等有害气体，造成环境污染，故C正确，不符合题意； D．人类现在不断地开发利用新能源，核能就是其中一种新能源，开发和利用核能要消耗铀矿，铀矿一旦消耗短期内很难再生，故核能属于不可再生能源，故D错误，符合题意。 故选D。 9．关于能源、信息传输，下列说法不正确的是（　　） A．风能、地热能、电能均属于一次能源 B．太阳内部，原子核发生聚变释放出巨大的核能 C．能量的转化和转移都是有方向性的 D．光从光导纤维的一端射入，在内壁经过多次反射后，把携带的信息传送出去 【答案】A 【详解】A．风能、地热能可以直接从自然界获取，属于一次能源，电能必须经过消耗一次能源才能获得，故电能属于二次能源，故A错误，符合题意； B．在太阳内部，原子核发生聚变释放出巨大的核能，故B正确，不符合题意； C．不同形式的能量在一定条件下都可以发生转化，能量在转化过程中，具有方向性，故C正确，不符合题意； D．光导纤维的信息传输是依靠光的全反射现象：光信号从光导纤维的一端射入，在内壁多次发生全反射，把携带的信息传送出去，故D正确，不符合题意。 故选A。 10．塔式太阳能发电系统如图所示。吸热塔塔顶上安装固定一个接收器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光的能量（大小为E1）聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过接收器的工作物质加热并产生高温蒸汽（其增加的内能为E2），推动发电机的汽轮机组进行发电，获得电能大小为E3。下列关于塔式太阳能发电系统的说法中正确的是（    ） A．太阳能是一次能源，且是不可再生能源 B．太阳内部的物质在超高温下不断发生核裂变 C．该装置可以不断获得电能，则电能是可再生能源 D． 【答案】D 【详解】A．太阳能可以直接从自然界获取，是一次能源，且可以源源不断得到，是可再生能源，故A错误； B．太阳内部发生的是核聚变，故B错误； C．可以从自然界中源源不断地得到的能源才是可再生能源，故C错误； D．因为能量在转移和转化中存在消耗，所以，故D正确。 故选D。 11．机动车尾气是机动车运行时产生的废气，其中包括一氧化碳，氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，是引发大气污染的元凶之一。下列关于减少机动车尾气排放及环境保护的做法正确的是（   ） A．加大燃油机动车的推广力度 B．鼓励使用热效率低的老旧汽车 C．选择步行、公共交通等绿色出行 D．不断改进和创新制造大功率热机 【答案】C 【详解】A．加大新能源汽车的推广力度可有助于减少机动车尾气排放，故A错误； B．使用热效率低的老旧汽车，会增加污染物排放，浪费能源，故B错误； C．选择步行、公共交通等绿色出行，既环保又锻炼身体，一举两得，故C正确； D．不断改进和创新制造大功率的热机，会增大尾气排放，消耗更多能源，不利于保护环境，故D错误。 故选C。 12．夏天，沥青路面随着气温的升高而变得越来越软，由此可知沥青是 （选填“晶体”或“非晶体”）；人类一直在寻求各种高效且“绿色”的能源，以代替常用的干电池，硅光电池就是其中的代表，请举出新型电池的优点 （举出一种即可） 【答案】 非晶体 环保、污染小 【详解】[1]根据题意可知，沥青路面随气温的升高而变得越来越软，说明沥青没有固定的熔点，是非晶体。 [2]根据题意可知，用新材料可以制成硅光电池等“绿色”能源，这种能源的最大优点是环保、污染小等。 13．解决能源紧张的途径：由于人类的生存和发展使得能源的消耗量持续增长，因此人类必须不断地开发和利用 ，同时增强节能意识，不断提高能源的 ，这是目前解决能源紧张的重要途径。 【答案】 新能源 利用率 【详解】[1][2]解决能源紧张的主要途径：一是不断地开发和利用新能源；二是增强节能意识提高能源的利用率。 14．新能源的开发源于技术的进步，如图所示的潮汐发电站是将 能转化为电能，该能源属于 （选填“可”或“不可”）再生能源。 【答案】 机械 可 【详解】[1]潮汐发电站是利用潮汐的机械能（主要是水的动能和重力势能）来推动水轮机转动，进而带动发电机发电，所以是将机械能转化为电能。 [2]潮汐能是由月球和太阳的引力作用产生的，这种能源可以不断地从自然界中得到补充，属于可再生能源。 15．波浪能，即海洋波浪能，是一种取之不尽、用之不竭的新能源，无污染。据科学家推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万亿千瓦，近年来，在各国开发新能源的计划中，波浪能的利用已占有一席之地。 (1)海洋波浪能为人类提供 ，故它是一种 。 (2)海洋波浪能来自 ，是一种 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】(1) 电能 新能源 (2) 海洋波浪 可再生 【详解】（1）[1][2]从题目中 “地球上海洋波浪蕴藏的电能高达 90 万亿千瓦” 可知，海洋波浪能能够为人类提供电能。而电能是目前广泛应用的能源形式之一，并且波浪能是近年来受到关注、正在开发利用的新型能源，所以它是一种新能源。 （2）[1][2]海洋波浪能的形成与海洋的运动等自然现象有关，其能量来源是海洋波浪（海洋中波浪的动能等形式的能量）。可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，波浪能 “取之不尽、用之不竭”，能够持续从自然界获取，所以是一种可再生能源。 16．如图所示是我国的太阳能无人机“启明星50”，它是第一款以太阳能为唯一动力能源的全电大型无人机，通过在全身布满太阳能电池板为无人机提供动力。 (1)太阳能电池板把太阳能转化为 能。 (2)太阳能是太阳内部发生 释放出的核能。 (3)地面控制台是通过 控制“启明星50”飞行。 (4)从能源与可持续发展的角度看，太阳能属于 能源。 【答案】(1)电 (2)核聚变 (3)电磁波 (4)可再生 【详解】（1）太阳能电池板把太阳能转化为电能，为全电大型无人机提供动力。 （2）太阳内部有大量氢核，所以太阳能是太阳内部发生核聚变释放出的核能。 （3）地面控制台是通过电磁波控制“启明星50”飞行，因为电磁波可以在空气和太空中传播。 （4）从能源与可持续发展的角度看，太阳能取之不尽用之不竭，属于可再生能源。 17．山西的花馍远近闻名，不仅是它的色彩鲜艳，形态栩栩如生，还有它那刚出锅时甜香浓郁的面香味。闻到面香味是 现象，随着花馍渐渐变凉，香味就没有那么浓郁了，这是因为分子热运动与 有关；现在蒸花馍已用天然气代替柴火，是因为天然气的 比木柴大；蒸花馍的过程中人们设置冷凝水回收系统，将蒸锅排出的冷凝水收集并重新利用，这样可以 能源利用效率。 【答案】 扩散 温度 热值 提高 【详解】[1][2]扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象，扩散是由于分子热运动而产生的，温度越高运动越剧烈，温度越低运动越缓慢。因此闻到面香味是扩散现象；随着花馍渐渐变凉，香味就没有那么浓郁了，这是因为分子热运动与温度有关。 [3]热值也称为燃料发热量，指固体或液体单位质量或气体单位体积的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）所释放出来的热量。天然气代替柴火，是因为天然气比木材有更大的热值。 [4]将蒸锅排出的冷凝水收集并重新利用，这样可以减少资源浪费，提高能源利用效率。 18．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。 （1）北斗导航卫星是通过 向插秧机发送位置信息的； （2）该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于 冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功 次； （3）汽油属于 （选填“清洁”或“非清洁”）能源。 【答案】 电磁波 压缩 30 非清洁 【详解】（1）[1]电磁波可以传递信息，而且可以在真空中传播，北斗导航卫星是通过电磁波向插秧机发送位置信息的。 （2）[2]如图，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程。 [3]汽油机的一个工作循环包括四个冲程，只有一个冲程对外做功，飞轮转两周。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功30次。 （3）[4]汽油燃烧产生的气体会污染空气，汽油属于非清洁能源。 19．随着城市的污染严重，更多的市民增强了环保意识，借此，各大车上也纷纷推出各式各样的新能源汽车，包括纯电动、混合动力汽车等。目前我国研发出一款新型空气动力汽车，它利用压缩空气膨胀推动活塞做功提供动力，这种新型发动机对汽车提供动力时将 能转化为机械能。这种车与汽油机相比的优点是 。（说出一点即可） 【答案】 内 无污染，有利于环境保护 【详解】[1][2]新型空气动力汽车，它利用压缩空气膨胀，然后推动活塞做功，进而提供动力，这种车在开车时将空气的内能转化为车的机械能；该车的排放物为空气，汽油机排放的废气中中含有大量对环境不利的杂质，所以这种车与汽油机相比优点是无污染，有利于环境保护。 20．“凌风号”是国内首个成功下线的12兆瓦级陆上风电机组，助推国家能源结构优化升级，助力实现“双碳”目标。 (1)风电机组利用闭合电路的部分导体切割 将风能转化为电能，产生的电能属于 次能源。能量在转化过程中具有 性。 (2)当风吹过风电机叶片时，叶片两侧的气流速度不同会形成压力差推动叶片旋转，流速较大的一侧叶片受到空气的压强 （选填“较大”或“较小”）；叶片和空气摩擦的过程中失去电子会带上 （选填“正”或“负”）电荷。某风电机的一个叶片质量为，体积约为，已知制作叶片材料的平均密度约为，则叶片的空心比（空心体积占总体积的比值）为 %。 (3)已知风电机每秒捕获的风能与风速的三次方成正比，与叶轮直径的二次方成正比；若甲乙两个风电机分别在风速为和的情况下捕获的风能之比为，则甲乙两个风电机的叶轮直径之比为 ，乙风机在风速为的情况下每秒捕获的风能为，风能转化为电能的效率始终为40%，当风速为时乙风机的发电功率为 。 【答案】(1) 磁感线 二 方向性 (2) 较小 正 90 (3) 9∶10 5000 【详解】（1）[1]风力发电机组的原理是电磁感应，即闭合电路的部分导体切割磁感线，将风能转化为电能。 [2]电能是由风能（一次能源）转化而来的，属于二次能源。 [3]能量转化具有方向性，例如内能难以完全转化为机械能而不损耗。 （2）[1]流体流速越大的位置，压强越小，故流速大的一侧叶片受到的空气压强较小。 [2]摩擦起电中，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，叶片与空气摩擦失去电子，故带正电。 [3]叶片材料的实心体积 空心体积 空心比 （3）[1]由题意可知，风车每秒捕获的风能与风速、叶轮直径的关系可以表示为（为常数），甲乙两个风电机的叶轮直径之比 [2]同一风车每秒在不同速度下捕获的风能之比为，风速为，乙风车每秒捕获的风能 乙风车每秒转化成的电能 乙风车的电功率 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 18.4 能源与可持续发展（知识解读）（解析版） •知识点1 能量转化的效率 •知识点2 能源与可持续发展 •作业 巩固训练 能量转化的效率 知识点1 1、能量转化的效率 （1）输出的有用能量和输入的总能量之比，叫做能量转化的效率。 （2）表达式为：。 （3）由于在能量转化过程中总有能量损失，所以能量转化的效率总小于1。 2、能源的利用和对环境的危害 （1）城市大气污染：一次能源利用过程中，产生大量的CO、SO2、NOX、TSP及多种芳烃化合 物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且损害人体健 康。 （2）矿物燃料的燃烧，使大气CO2浓度增加，温室效应增强。 （3）酸雨：化石能源的燃烧产生的大量SO2和NOX等污染物通过大气传输，在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水 库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失．酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。 （4）核废料问题：发展核能技术，尽管在反应堆方面已有了安全保障，但是，世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料．这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射性。 【典例1】要实现“绿水青山”，节能减排势在必行。关于能源、能量及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．能量在转化和转移的过程中，能的总量越来越少 B．“零排放”的纯电动车能量转化效率可达100% C．氢燃料发动机能够将化学能全部转化为机械能 D．节能问题的核心是提高能量利用中的转化效率 【变式1-1】能源是人类一切物质生活、社会经济发展的基础。从古至今，人类对能量与能源的研究从未停止。下列对能量和能源的说法正确的是（　　） A．能量转化效率可以提高，但不能达到100% B．我们国家的核电站是利用核聚变进行发电的 C．我国物产丰富、能源充足，不存在“能源危机” D．新能源的开发和利用绝对安全且没有任何污染 【变式1-2】某蒸汽机工作时，若燃料完全燃烧放出的热量为，其中转化为机械能的那部分能量为，则该蒸汽机的能量转化效率为 。 【变式1-3】有一台以汽油机为动力的茶园修剪机。其油箱最多可装3kg的汽油，消耗一箱油做功，求： (1)一箱汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽油机工作的效率； (3)如果这台汽油机的效率提高到50%，则做同样的有用功，可节约多少千克的汽油； (4)简述提高汽油机效率的方法。 能源与可持续发展 知识点2 1、由于世界人口的急剧增长和经济的不断发展，能源的消耗急剧增长，目前作为人类主要能源的化石能源 正逐渐被消耗，所以节约能源已成为当今社会的一大问题，解决能源问题的出路主要有两种：一是提高能 源的利用率；二是开发和利用新能源，特别是开发和利用太阳能和核能。 2、有利于节约能源的措施 （1）节能降耗，从我做起：随手关灯、关电脑等，注意节约用水等等。 （2）注意技术创新，提高能源利用效率，减少废气、废物排放的污染因素。 （3）依靠科学技术创新开发绿色新能源，加强能源利用中的防护措施，提高能源使用的安全性。 3、要实现碳排放持续大幅下降，一方面要优化能源结构，加快发展太阳能、水能、风能等清洁能源；另一 方面要大力提倡低碳消费，落实节能举措，降低能耗。让我们从力所能及的小事做起，积极践行"绿水青山 就是金山银山"的发展理念，实现社会可持续发展，共创人类美好未来。 【典例2】人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．现代生活离不开电，电能是一次能源 B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值 C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源 【变式2-1】能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成现代文明社会的三大支柱。下列说法正确的是（    ） A．当今世界能源资源丰富多样，无需节约，可满足未来能源需求的大幅增长 B．当今世界的主要能源为新能源，比如太阳能、核能 C．仅需3颗同步卫星就可以实现全球通信 D．碳纤维能“上天入海”在诸多领域大显身手，是因为其自身的质量小，强度大 【变式2-2】为了保护地球，人们一直在从自然界中寻求清洁的“绿色”能源，所谓的“绿色”能源是指不排放污染物的能源。请举出一种你熟悉的“绿色”能源： ，并写出其在生产、生活中的一项应用： 。 【变式2-3】在我国实施的“西气东输”工程中，西部的优质天然气被输送到缺乏能源的东部地区，天然气与煤相比 ；从环保角度分析它突出的优点是 。 1．在生产生活中，我们用到了很多燃料，下列燃料符合低碳生活理念的是（    ） A．石油 B．煤炭 C．木柴 D．氢燃料 2．绿色发展是一种和谐性发展，推动绿色发展，是促进人与自然和谐共生不可或缺的决策。下列举措不符合这一要求的是（   ） A．开发利用太阳能、风能等新能源替代化石燃料 B．大力开采矿物资源，加快经济发展 C．实行塑料制品回收再生、循环利用 D．绿色出行，尽量搭乘公共交通工具 3．水是生命之源！面对严峻的水资源问题，我们应该珍惜每一滴水。关于水资源，下列说法正确的是（　　） A．贵阳的红枫湖不存在水污染的问题 B．可供人类使用的淡水资源其实是比较少的 C．贵州河流、湖泊较多，所以贵州不会出现水资源危机 D．因为地球上的水循环，所以水资源“取之不尽用之不竭” 4．下列说法正确的是（   ） A．分子是微观世界最小的微粒 B．厨房内使用的天然气属于可再生能源 C．原子核由质子和中子组成 D．马德堡半球实验第一次精确测定了大气压强的数值 5．节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　） A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数 C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于 D．手机充完电后，不必拔下充电器 6．网约车方便快捷，成为人们出行的首选，纯电动汽车替代燃油汽车成为网约车中的主力军。下列说法错误的是（   ） A．石油是不可再生能源 B．发动机消耗的汽油属于一次能源 C．用户通过手机联络网约车司机，利用了电磁波能够传递信息 D．纯电动汽车替代燃油汽车，可以减少碳排放 7．关于电动自行车上的蓄电池，下列说法不正确的是（　　） A．从能量转化观点看，电动车在骑行时，蓄电池将电能转化为机械能 B．从能量转化观点看，给电动车充电时，将电能转化为化学能储存起来 C．在电动车骑行时和给电动车充电时，蓄电池在电路中的作用不同 D．电动车的废旧蓄电池对环境有污染，但可以变废为宝，回收再利用 8．能源是人类生存和发展的基础。关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　） A．涉及热现象的能量转化和转移是有方向性的 B．太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔 C．煤是不可再生能源，以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染 D．核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径 9．关于能源、信息传输，下列说法不正确的是（　　） A．风能、地热能、电能均属于一次能源 B．太阳内部，原子核发生聚变释放出巨大的核能 C．能量的转化和转移都是有方向性的 D．光从光导纤维的一端射入，在内壁经过多次反射后，把携带的信息传送出去 10．塔式太阳能发电系统如图所示。吸热塔塔顶上安装固定一个接收器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光的能量（大小为E1）聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过接收器的工作物质加热并产生高温蒸汽（其增加的内能为E2），推动发电机的汽轮机组进行发电，获得电能大小为E3。下列关于塔式太阳能发电系统的说法中正确的是（    ） A．太阳能是一次能源，且是不可再生能源 B．太阳内部的物质在超高温下不断发生核裂变 C．该装置可以不断获得电能，则电能是可再生能源 D． 11．机动车尾气是机动车运行时产生的废气，其中包括一氧化碳，氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，是引发大气污染的元凶之一。下列关于减少机动车尾气排放及环境保护的做法正确的是（   ） A．加大燃油机动车的推广力度 B．鼓励使用热效率低的老旧汽车 C．选择步行、公共交通等绿色出行 D．不断改进和创新制造大功率热机 12．夏天，沥青路面随着气温的升高而变得越来越软，由此可知沥青是 （选填“晶体”或“非晶体”）；人类一直在寻求各种高效且“绿色”的能源，以代替常用的干电池，硅光电池就是其中的代表，请举出新型电池的优点 （举出一种即可） 13．解决能源紧张的途径：由于人类的生存和发展使得能源的消耗量持续增长，因此人类必须不断地开发和利用 ，同时增强节能意识，不断提高能源的 ，这是目前解决能源紧张的重要途径。 14．新能源的开发源于技术的进步，如图所示的潮汐发电站是将 能转化为电能，该能源属于 （选填“可”或“不可”）再生能源。 15．波浪能，即海洋波浪能，是一种取之不尽、用之不竭的新能源，无污染。据科学家推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万亿千瓦，近年来，在各国开发新能源的计划中，波浪能的利用已占有一席之地。 (1)海洋波浪能为人类提供 ，故它是一种 。 (2)海洋波浪能来自 ，是一种 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 16．如图所示是我国的太阳能无人机“启明星50”，它是第一款以太阳能为唯一动力能源的全电大型无人机，通过在全身布满太阳能电池板为无人机提供动力。 (1)太阳能电池板把太阳能转化为 能。 (2)太阳能是太阳内部发生 释放出的核能。 (3)地面控制台是通过 控制“启明星50”飞行。 (4)从能源与可持续发展的角度看，太阳能属于 能源。 17．山西的花馍远近闻名，不仅是它的色彩鲜艳，形态栩栩如生，还有它那刚出锅时甜香浓郁的面香味。闻到面香味是 现象，随着花馍渐渐变凉，香味就没有那么浓郁了，这是因为分子热运动与 有关；现在蒸花馍已用天然气代替柴火，是因为天然气的 比木柴大；蒸花馍的过程中人们设置冷凝水回收系统，将蒸锅排出的冷凝水收集并重新利用，这样可以 能源利用效率。 18．如图甲所示的某品牌插秧机使用北斗导航，农民只需在作业前进行相关设定，即可实现24小时无人值守自动作业。 （1）北斗导航卫星是通过 向插秧机发送位置信息的； （2）该插秧机使用四冲程汽油机，图乙中汽油机处于 冲程。如果该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功 次； （3）汽油属于 （选填“清洁”或“非清洁”）能源。 19．随着城市的污染严重，更多的市民增强了环保意识，借此，各大车上也纷纷推出各式各样的新能源汽车，包括纯电动、混合动力汽车等。目前我国研发出一款新型空气动力汽车，它利用压缩空气膨胀推动活塞做功提供动力，这种新型发动机对汽车提供动力时将 能转化为机械能。这种车与汽油机相比的优点是 。（说出一点即可） 20．“凌风号”是国内首个成功下线的12兆瓦级陆上风电机组，助推国家能源结构优化升级，助力实现“双碳”目标。 (1)风电机组利用闭合电路的部分导体切割 将风能转化为电能，产生的电能属于 次能源。能量在转化过程中具有 性。 (2)当风吹过风电机叶片时，叶片两侧的气流速度不同会形成压力差推动叶片旋转，流速较大的一侧叶片受到空气的压强 （选填“较大”或“较小”）；叶片和空气摩擦的过程中失去电子会带上 （选填“正”或“负”）电荷。某风电机的一个叶片质量为，体积约为，已知制作叶片材料的平均密度约为，则叶片的空心比（空心体积占总体积的比值）为 %。 (3)已知风电机每秒捕获的风能与风速的三次方成正比，与叶轮直径的二次方成正比；若甲乙两个风电机分别在风速为和的情况下捕获的风能之比为，则甲乙两个风电机的叶轮直径之比为 ，乙风机在风速为的情况下每秒捕获的风能为，风能转化为电能的效率始终为40%，当风速为时乙风机的发电功率为 。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $