第二十章 能源与能量守恒（复习讲义）物理新教材沪粤版九年级下册

该初中物理复习讲义通过分类归纳、数据分析等四种研究方法构建能源与能量守恒定律知识体系，梳理十六个基本概念和八个常考角度，并用表格呈现知识点内容、重点归纳及常见易错点，清晰展现知识脉络与内在联系。 讲义亮点在于结合太阳能热水器、核电站等实例设计探究题，通过“碳达峰”“碳中和”等情境培养科学态度与责任，题型含选择、计算等，适配不同学生，助力教师精准教学与学生自主复习。

第二十章 能源与能量守恒定律（复习讲义） 1．四种研究方法 分类归纳法：按能源能否再生分为可再生能源与不可再生能源，归纳各类能源的特点与应用场景；按能量转化形式梳理不同能源的利用路径，明确能量流动规律。 数据分析法：通过我国近年发电量、能源消耗结构等数据，分析可再生能源的增长趋势、能源危机的紧迫性，为能源政策与开发利用提供依据。 实例探究法：结合太阳能热水器、核电站、抽水蓄能电站等实际案例，探究能源转化的具体过程，理解能量守恒定律的实际应用。 对比研究法：对比化石能源与新能源的环境影响、利用效率；对比核裂变与核聚变的反应条件、能量释放特点，明确不同能源的优势与局限。 2．十六个基本概念 能源：人类社会生存和发展所需能量的来源，是维持生产生活的基础物质。 可再生能源：能从自然界源源不断获得的能源，如太阳能、水能、风能、地热能等。 不可再生能源：消耗后无法再生的能源，如煤、石油、天然气等化石能源。 太阳能：太阳以光和热形式辐射的能量，可直接转化为内能、电能或化学能。 核能：原子核内部蕴藏的巨大能量，通过核裂变或核聚变释放。 核裂变：较重的原子核裂变为较轻的原子核的核反应，可引发链式反应，用于核电站发电。 核聚变：超高温下轻原子核聚合成较重原子核的核反应，释放能量更巨大，是太阳能的来源。 链式反应：核裂变中产生的中子引发更多原子核裂变的连续反应，需控制以安全利用核能。 能量转移：能量从一个物体转移到另一个物体，形式不变（如热水袋取暖）。 能量转化：能量从一种形式转变为另一种形式（如太阳能转化为电能）。 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，仅能转移或转化，总量保持不变。 永动机：妄想不消耗能量或少量能量就能持续运转的机器，违背能量守恒定律，无法实现。 能量转化的方向性：能量转移和转化具有不可逆性，如内能无法自动从低温物体转移到高温物体。 温室效应：二氧化碳等温室气体导致地球表面温度升高的现象，由化石燃料燃烧等引发。 碳达峰：一个地区或国家的碳排放量达到最大值后不再增长。 碳中和：通过减排、植树造林等方式抵消碳排放量，实现二氧化碳 “零排放”。 3．八个常考角度 能源的分类与判断：考查可再生能源与不可再生能源的区分，结合具体能源（如核能、潮汐能）判断类别，明确分类依据。 新能源的利用与原理：考查太阳能、核能、风能等新能源的利用方式（如太阳能发电、核电站工作流程），核裂变与核聚变的区别及应用场景。 能量的转移与转化分析：结合生活实例（如充电电池、水电站），判断能量转移或转化的形式，明确转化路径。 能量守恒定律的应用：考查定律的内涵，分析 “永动机” 失败的原因，解释生产生活中能量守恒的现象（如抽水蓄能电站的能量转化）。 能源危机与可持续发展：考查能源消耗现状、能源危机的成因，以及 “碳达峰”“碳中和” 的意义，新能源开发的必要性。 能源利用与环境影响：分析化石能源使用对环境的污染（如温室效应、酸雨），新能源的环保优势，节能减排的措施。 能量转化的方向性：结合实例（如热水降温、汽车能耗），理解能量转化的不可逆性，解释节能的重要性。 相关计算：考查太阳能辐射能量、核能释放能量与化石燃料能量的对比计算，能源利用效率的相关估算。 知识点 知识点内容 重点归纳 常见易错点 一、能源的分类与现状 1．能源定义（人类生存发展所需能量的来源）； 2．分类（可再生能源：太阳能、水能等；不可再生能源：煤、石油等化石能源）； 3．世界与我国能源现状（以不可再生能源为主，我国可再生能源装机世界第一）； 4．能源危机（不可再生能源枯竭风险） 1．分类核心依据：能否从自然界源源不断获得，核能属于不可再生能源； 2．我国2021年能耗结构以煤炭为主，新能源（水电、风电、光伏）占比16.6%； 3．能源革命的核心是推动清洁低碳、高效利用，加大新能源开发 1．误将核能归为可再生能源（核燃料消耗后无法再生）； 2．认为可再生能源“取之不尽用之不竭”，忽略开发条件限制； 3．混淆“能源消耗结构”与“能源生产结构”，误判我国新能源占比已超过化石能源 二、新能源的开发与利用 1．太阳能（利用方式：内能、电能、化学能转化）； 2．核能（核裂变：链式反应、核电站；核聚变：热核反应、太阳能量来源）； 3．其他新能源（水能、风能、海洋能、氢能的特点与应用）； 4．核废料处理（屏蔽后地下深埋） 1．太阳能清洁无污染，光伏电池将光能直接转化为电能； 2．核电站能量转化：核能→内能→机械能→电能，核心是可控链式反应； 3．核聚变释放能量比核裂变更巨大，原料（氘）海水中储量丰富，但目前未实现受控利用； 4．我国新能源装机（水电、风电、光伏）均居世界第一 1．混淆核裂变与核聚变的应用（误将核电站归为核聚变）； 2．认为太阳能转化只有发电一种形式（忽略内能、化学能转化）； 3．低估核废料处理的难度，误以为可随意丢弃； 4．误将氢能归为不可再生能源（可通过太阳能制氢，属于可再生能源衍生能源） 三、能量的转移与守恒 1．能量形式（机械能、内能、电能等）； 2．能量转移（形式不变，如热水袋取暖）与转化（形式改变，如发电）； 3．能量守恒定律（总量不变，仅转移或转化）； 4．永动机（违背定律，无法实现）；5．能量转化的方向性（不可逆） 1．守恒定律是自然界根本定律，适用于所有场景，无例外； 2．能量转移/转化的关键区别：是否改变能量形式； 3．永动机失败的核心原因：违背“能量不能凭空产生”的规律； 4．方向性启示：能量利用率无法达到100%，需节约能源 1．认为“能量守恒=能量利用率100%”（忽略部分能量转化为无用内能）； 2．混淆能量转移与转化（如误将手机充电归为能量转移）； 3．质疑能量守恒定律的普适性，认为特殊场景可“凭空产生能量”； 4．忽略能量转化的方向性，误以为内能可自动从低温物体转移到高温物体 四、能源、环境与可持续发展 1．能源污染（化石燃料导致温室效应、酸雨、大气污染）； 2．核心政策（碳达峰、碳中和）； 3．可持续发展措施（开发绿色能源、节能减排、绿色出行）； 4．我国承诺（2030年前碳达峰，2060年前碳中和） 1．温室效应的主要成因是二氧化碳等温室气体排放； 2．碳达峰是“排放量达峰不增长”，碳中和是“抵消排放实现零排放”； 3．新能源汽车、风电、光伏是实现“双碳”目标的关键； 4．可持续发展的核心是平衡能源需求与环境保护 1．认为“无铅汽油是无污染汽油”（仍会排放二氧化碳等温室气体）； 2．混淆“碳达峰”与“碳中和”（误将两者等同）； 3．认为新能源开发对环境无影响（忽略风电、光伏的生态干扰）； 4．低估节能减排的重要性，认为“新能源开发可替代节能” 题型一 能源的分类与判断 【例1】下列给出的能源中，均属于不可再生能源的是（　　） A．核能、可燃冰 B．水能、天然气 C．风能、煤 D．太阳能、石油 【答案】A 【解析】A．核能、可燃冰一旦消耗就很难再生，属于不可再生能源，故A符合题意； B．天然气属于不可再生能源，水能属于可再生能源，故B不符合题意； C．煤属于不可再生能源，风能属于可再生能源，故C不符合题意； D．石油属于不可再生能源，太阳能属于可再生能源，故D不符合题意。 故选A。 【变式1-1】下列关于能源的说法正确的是（　　） A．太阳能、天然气、核能属于可再生能源 B．煤、石油、天然气、核能属于一次能源 C．风能、水能、化石能源属于不可再生能源 D．太阳能、风能、水能、地热能属于二次能源 【答案】B 【解析】A．储量是有限的，不能在短时间内再次生产出来的能源为不可再生能源，煤、石油、天然气、核能属于不可再生能源，故A错误； B．直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源是一次能源，煤、石油、天然气、核能属于一次能源，故B正确； C．风能、水能属于可再生能源，化石能源属于不可再生能源，故C错误； D．太阳能、风能、水能、地热能属于一次能源，故D错误。 故选B。 【变式1-2】国家主席习近平在巴黎气候大会上讲话：“中国将在2030年实现非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右．”下列能源：①煤、②风能、③天然气、④水能、⑤石油、⑥电能、⑦潮汐能、⑧太阳能、⑨原子能、⑩地热能，属于化石能源的有 （填序号）；属于二次能源的有 （填序号）；为发展“低碳”经济，某市已经在某地区发展风力发电，风能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；若风力发电机一天发电7.2×109J，这相当于完全燃烧 kg的煤放出的热量．（煤的热值为3×107J/kg） 【答案】 ①②⑤ ⑥ 可再生 240 【解析】(1)煤、石油、天然气属于化石能源；电能是消耗一次能源、经过加工转换而获得的是二次能源；风能可以从自然界源源不断得不到补充，属于可再生能源； (2)已知风力发电机一天发电量为W＝Q放＝7.2×109J，根据Q放＝mq可知，需要燃烧煤的质量：m＝＝240kg 题型二 新能源的利用与原理原理用：考查 “同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引” 的规律应用，如判断磁体的指向、轻质磁体的受力运动、磁极的辨别等。 磁感线的理解与绘制：考查磁感线的方向（磁体外部 N 极→S 极、地磁场方向）、分布特点（如同名、异名磁极间的磁感线形状），以及根据磁感线判断磁场强弱和磁极。 右手螺旋定则的应用：给定通电螺线管的电流方向判断磁极，或给定磁极判断电流方向，是电路与磁场结合的核心考点。 电磁铁磁性强弱的影响因素：考查线圈匝数、电流大小对磁性的影响，结合控制变量法分析实验现象，或设计实验验证影响因素。 电磁继电器的工作原理与应用：考查控制电路（电磁铁通断）与工作电路（用电器通断）的联动关系，分析自动控制场景（如水位报警器、温度报警器）的工作过程。 电流磁效应的实验分析：以奥斯特实验为核心，考查实验现象（小磁针偏转）、结论（电流周围有磁场，磁场方向与电流方向有关），以及实验设计的注意事项。 地磁场与磁偏角：考查指南针指向的原理（地磁场作用）、磁偏角的概念，以及地磁场与地理方位的关系。 磁化与磁性材料的应用：考查磁化现象的实例（如铁钉被磁铁磁化后吸引铁屑）、软磁材料与硬磁材料的区分及应用（如电机铁芯用软磁材料、磁卡用硬磁材料）。 【例2】下列有关能源的说法，正确的是（　　） A．太阳能、风能、石油都属于可再生能源 B．核电站发电利用的是核聚变，将核能转化为电能 C．中科院利用太阳释放能量的原理研发出了“小太阳”，利用的是核聚变 D．光电池将光能直接转化为化学能 【答案】C 【解析】A．煤、石油、天然气是化石能源，化石能源短期内不能从自然界得到补充，不属于可再生能源，故A错误； B．目前世界上的核电站发电利用的都是可控核裂变技术，故B错误； C．太阳内部发生的是核聚变，所以“小太阳”利用核聚变释放能源，故C正确； D．光电池将光能转化为电能后，又转化为化学能存储在电池中，故D错误。 故选C。 【变式2-1】如图所示是我市某道路旁的路灯，上有风车和太阳能电池板，风车转动可以带动风力发电机发电，太阳能电池板可以利用太阳能发电，将这些电能储存到蓄电池中，在夜晚供路灯照明。下列说法不正确的是（　　） A．风力发电机将机械能转化成电能 B．太阳能电池板将太阳能转化成电能 C．电灯发光将电能转化成光能和内能 D．蓄电池向外供电将电能转化成化学能 【答案】D 【解析】A．风力发电机，利用闭合电路中的部分的导体切割磁感线长生电能，将机械能转化成电能，故A正确，不符合题意； B．太阳能电池板吸收太阳能，产生电能，将太阳能转化成电能，故B正确，不符合题意； C．电灯发光消耗电能，将电能转化成光能和内能，故C正确，不符合题意； D．蓄电池向外供电，将化学能转化成电能，给用电器使用，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式2-2】关于能源和能量，下列说法正确的是（    ） A．核电站利用核聚变反应发电 B．太阳向外辐射的能量，来源于内部原子核发生的核裂变反应 C．风能、水能、太阳能，都属于一次能源 D．能量的转化与转移都是有方向的，因此能量守恒定律不成立 【答案】C 【解析】A．核电站利用核裂变反应发电，故A错误； B．太阳向外辐射的能量，来源于内部原子核发生的核聚变反应，故B错误； C．风能、水能、太阳能，可以直接从自然界获得，都属于一次能源，故C正确； D．能量的转化与转移都是有方向的，能量守恒定律也总是成立的，故D错误。 故选 C。 题型三 能量的转移与转化分析 【例3】（多选题）下列现象中属于能量转移的是（　　） A．冬天“哈气”取暖 B．摩擦生热 C．点燃的火箭腾空而起 D．热水在空气中逐渐变凉 【答案】AD 【解析】A．冬天“哈气”取暖，是通过热传递增加手的内能，属于能量的转移过程，故A符合题意； B．摩擦生热，是克服摩擦做功改变物体内能，属于能量的转化过程，故B不符合题意； C．点燃的火箭腾空而起，是利用内能做功，属于能量的转化过程，故C不符合题意； D．热水在空气中逐渐变凉，是通过热传递减少水的内能，属于能量的转移过程，故D符合题意。 故选AD。 【变式3-1】下列过程中，物体内能改变的方式与其他三项不同的是（　　） A．冬天搓手取暖 B．用热水袋暖手 C．反复弯折铁丝，铁丝发热 D．压缩空气引火仪压缩空气，棉花燃烧 【答案】B 【解析】冬天搓手取暖，手克服摩擦做功，温度升高内能增加，是做功改变手的内能； 用热水袋暖手，是通过热传递的方式改变物体的内能； 反复弯折铁丝，铁丝发热，是通过做功的方式改变铁丝的内能； 压缩空气引火仪压缩空气，棉花燃烧，是通过做功的方式改变物体的内能； 物体内能改变的方式与其他三项不同的是B，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【变式3-2】下列各种现象中，既发生能量的转化又发生能量转移的是 A．将热水和冷水混合在一起，变成温水 B．冬天用嘴呵气，使冰凉的手变暖 C．用打气筒给轮胎打气时，气筒壁会发热 D．一杯热茶慢慢变凉 【答案】C 【解析】A．能量的转移发生在热传递过程，将热水和冷水混合在一起，变成温水，发生的是能量的转移，故A不符合题意； B．冬天用嘴呵气，使冰凉的手变暖，发生的是能量的转移，故B不符合题意； C．用打气筒给轮胎打气时，气筒壁会发热，先发生的是机械能转化为内能，后又发生能量的转移，故C符合题意； D．一杯热茶慢慢变凉，发生的是能量的转移，故D不符合题意。 题型四 能量守恒定律的应用 【例4】下列关于能量的转化和守恒的说法，不正确的是（　　） A．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．用热水袋取暖，说明内能是可以发生转移的 D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 【答案】D 【解析】A．马在奔跑中是要消耗能量的，因此“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，故A正确，不符合题意； B．酒精燃烧是把化学能转化为内能，故B正确，不符合题意； C．用热水袋取暖是用热传递的方式改变手的内能，说明内能是可以转移，故C正确，不符合题意； D．能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式4-1】如图所示，这是一种设想中的永动机，它通过高处的水冲击叶片，叶片转动对外做功，同时带动抽水器将水从低处抽到高处，从而循环工作。下列关于该永动机的分析正确的是（　　）    A．水下落的过程中将动能转化为重力势能 B．水流冲击叶片时，可将水具有的能量全部转化为叶片的动能 C．该永动机可以在现实中推广 D．这一设想不符合能量守恒定律 【答案】D 【解析】A．水下落的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故A错误； BC．机器对外做功的同时，又将低处的水抽往高处，由于摩擦的存在，只有一部分机械能转化为内能，同时机器又要对外做功，当高处的水全部流下后，机器只能将一部分水重新抽回高处，所以这种机器不能永远工作下去，不能在现实中推广，故BC错误； D．该永动机不可能实现，因为其违背了能量守恒定律，故D正确。 故选D。 【变式4-2】如图所示为利用“深井拉铁”技术储存电能：用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处，电能转化为 能，该装置 （选填“是”或“不是”）永动机。在能量转化和转移的过程中，能量的总量 （选填“增多”“不变”或“减少”）。 【答案】 机械 不是 不变 【解析】[1]用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处，电能转化为机械能（重物被提升，具有了重力势能，属于机械能）。 [2]永动机是不需要外界输入能量或者只需要一个初始能量就可以永远做功的机器，而该装置需要消耗电能来提升重物，不是永动机。 [3]根据能量守恒定律，在任何能量转化或转移过程中，能量的总量始终保持不变（只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，不会凭空增减）。该装置中，电能转化为机械能，后续机械能可能再转化为其他形式的能（如用电高峰时重物下落，机械能可能转化为电能），但整个过程中所有形式能量的总和始终不变。 题型五 能源危机与可持续发展 【例5】能源危机是人类社会面临的重大问题，能源的利用要考虑可持续发展。下列有关能源问题的说法中正确的是（　　） A．太阳能和核能都是不可再生能源，水能和风能都是可再生能源 B．水电站是将机械能转化为电能，蓄电池充电时是将电能转化为化学能 C．核反应堆中发生的是可控制的核聚变，核电站是将核能转化为电能 D．煤是可再生能源，以煤为燃料的火力发电容易造成环境污染 【答案】B 【解析】A．核能是不可再生能源，太阳能、水能、风能都属于可再生能源，故A错误； B．水电站是将水的机械能最终转化为电能，蓄电池充电时，是将电能转化为化学能，故B正确； C．核反应堆中发生的是可控制的核裂变，核电站发电的过程是将核裂变产生的核能转化为内能，再通过汽轮发电机转化为电能，故C错误； D．以煤为主的要燃料的火力发电容易造成环境污染，但煤是不可再生能源，故D错误。 故选B。 【变式5-1】解决能源危机的根本措施是（    ） A．大量利用太阳能 B．大力开发新能源 C．用柴油发电机代替汽油发电机 D．采用新技术、新设备、进行技术改造 【答案】D 【解析】节约能源的措施很多，例如大量利用可再生能源，太阳能、内能、水能等，再如缩短各种耗能装置的工作时间等，但要在根本上做到真正地节约能源，根本措施还在于开发新技术、新设备，进行技术改造，提高能源的利用效率，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【变式5-2】（多选题）我国提出“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”，碳达峰、碳中和成为社会各界关注的热点话题。关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．实施垃圾分类有利于环保和节约能源 B．为了保护环境，应禁止使用化石能源 C．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值 D．风能、水能、太阳能都是清洁能源 【答案】AD 【解析】A．垃圾分类处理和回收利用，都能起到保护环境和节约能源的作用，故A正确； B．为了保护环境，应合理使用化石能源，故B错误； C．新能源的开发和利用技术难、成本高，但有利用价值，故C错误； D．风能、水能、太阳能等清洁、无污染环境，可以保证不会严重影响环境，故D正确。 故选AD。 题型六 能源利用与环境影响 【例6】海水的利用 地球表面的70%以上是海洋，开发利用海洋有广阔的前景，潮汐是一种海平面周期性变化现象，海平面每昼夜有两次涨落，人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝，在大坝中间装上水轮发电机组，涨潮时，海水通过大坝流进河口，带动水轮发电机发电；退潮时，海水又流回海洋，从相反方向带动水轮发电机发电，目前我国的潮汐电站年发电量达约为7.5×108kW•h。海水淡化和海水直接利用于工业冷却用水的相关设备、管道防腐等技术已比较成熟，部分沿海国家许多工业冷却水来自海水。     （1）潮汐发电是将海水的 能转化为电能；发电机是应用 现象制成的。    （2）潮汐发电是人类利用的一种可再生能源，下列几组能源中都属于可再生能源的是( ) A．水能、石油、核能      B．风能、水能、太阳能      C． 煤炭、石油、天然气      D．风能、地热能、核能 （3）挡海大坝要做成上窄下宽的形状（如图所示），这是因为 ，图中甲、乙两幅图代表涨潮发电的是图 （填“甲”或“乙”）     （4）1吨煤燃烧后可发电2.5×103kW•h，我国潮汐发电每年可节约 吨煤。     （5）海水作工业冷却用水主要是利用了水的 大的特性。 【答案】 机械 电磁感应 B 液体压强随深度的增加而增大 乙 3×105 比热容 【解析】（1）[1]潮汐运动时具有机械能，潮汐发电是将海水的机械能转化为电能。 [2]发电机是利用电磁感应原理制成，将机械能转化为电能。 （2）[3]煤炭、石油、天然气等化石能源、核能等使用完之后不能在短时间内再从自然中获取，属于不可再生资源，水能、风能、潮汐能、地热能等属于可再生资源。 故选B。 （3）[4]由于液体受到重力作用，且具有流动性，所以液体对容器底和容器侧壁有压强，并且液体的压强随深度增加而增大，即越往下面，液体内部压强越大，故拦河大坝的修建成上窄下宽的梯形，增大对水产生的压强的承受力。 [5]由图可知，乙图中海水水位高，所以是涨潮发电。 （4）[6]目前我国的潮汐电站年发电量达约为7.5×108kW•h，且1吨煤燃烧后可发电2.5×103kW•h，所以每年可节约煤的质量为 （5）[7]水的比热容大，一定质量的水在升高一定的温度时与其它物质相比，吸收的热量较多，所以比其他液体作冷却效果好。 【变式6-1】请根据以上科普文章，回答以下问题： 生物质能源的利用 生物质能源，一种来源于生物体的可再生能源，正在逐渐成为全球能源转型的重要一环。其特点在于可再生性、低碳排放以及对环境的友好性，使得生物质能源在能源领域中的地位日益凸显。 生物质能源的来源广泛，包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便等。这些生物质资源经过一定的处理，如发酵、燃烧或气化，可以转化为内能、电能或生物燃料。例如，农作物秸秆和林业废弃物可以通过燃烧产生热量，用于供暖或发电；畜禽粪便则可以经过发酵处理，生成生物气体，作为清洁的燃料使用。 生物质能源的利用不仅有助于缓解能源紧张问题，还能促进农业和林业的可持续发展。通过合理利用生物质资源，可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，从而实现经济、社会和环境的协调发展。 在我国，生物质能源的开发利用也取得了显著进展。政策层面，国家出台了一系列鼓励生物质能源发展的政策措施，包括财政补贴、税收优惠等。技术层面，我国生物质能源技术不断创新，生物质发电、生物质液体燃料等领域取得了重要突破。 然而，生物质能源的利用也面临一些挑战，如资源收集、运输和储存的困难，以及生物质能源转化过程中的效率问题等。未来，我们需要进一步加强技术研发，提高生物质能源的利用效率和经济效益，推动生物质能源产业的健康发展。 （1）生物质能源作为一种可再生能源，其来源不包括 。 A．农作物秸秆　　B．石油　　C．林业废弃物　　D．畜禽粪便 （2）结合自己的生活常识，谈谈应对生物质能源开发利用所面临的挑战，能够采取哪些措施 。（写出一条具体的应对措施即可） 【答案】 B 做好垃圾分类（其他写法合理均得分） 【解析】（1）[1]根据题意可知，生物质能源作为一种可再生能源，其来源包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便等，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 （2）[2]为了应对生物质能源开发利用所面临的挑战，现实生活中应该做好垃圾分类、节约能源等措施。 【变式6-2】阅读《“双碳”目标下的太阳能应用》，并回答题。 “双碳”目标下的太阳能应用 大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重，是实现“双碳”战略的关键步骤之一。太阳能产业作为新能源产业中发展较为成熟的产业，正在为“双碳”目标的实现不断提供助力。 广义的太阳能是指由太阳内部氢原子发生氢核聚变释放出巨大核能而产生的、来自太阳的辐射能量。其应用主要包括光伏发电和光热两种形式。 光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。当电池的外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。光电转换效率是评价太阳能电池的核心指标，指太阳能电池把光能转化为电能的效率，等于电池受光照时的最大输出电功率与照射电池板上的太阳能量功率的比值。 光热是现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力，目前应用较广的包括光热技术有光热发电及太阳能热水器利用。其中光热发电就是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 据统计截止到2023年，我国光伏累计装机容量达到609.49GW，高居世界首位。随着“双碳”战略的实施，未来的新能源结构将是光伏、风电与太阳能热协同发展、多能互补的形式。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)太阳能电池工作原理是 ； (2)光伏发电能量转化过程是_________，光热发电能量转化的过程是_________； A．太阳能-电能-化学能 B．太阳能-电能 C．太阳能-内能-电能 D．太阳能-化学能-内能-电能 (3)太阳光照射到太阳能电池板的功率为1000 W，照射时间为4 h，则太阳能电池板最多能输出的电能是 kW•h（已知太阳能电池的光电转化效率为15%）。 【答案】(1)光生伏特效应；(2)BC；(3)0.6 kW•h 【解析】（1）根据短文知道，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。 （2）[1][2]光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。光热发电是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 （3）太阳能电池板获得的太阳能 太阳能电池板最多能输出的电能 题型七 能量转化的方向性 【例7】下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 【答案】B 【解析】A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，只能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故A不符合题意； B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故B符合题意； C．动能可以和重力势能相互转化，说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故C不符合题意； D．电能可以转化为内能，内能也可以部分地转化为电能，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故D不符合题意。 故选B。 【变式7-1】（多选题）关于能源、材料与社会，下列说法正确的是（　　） A．北京冬奥会主火炬“微火”使用的氢燃料属于不可再生能源 B．能量在转化过程中是守恒的，但是转化具有方向性，仍需节约能源 C．超导体材料主要用在电饭锅、热水器等将电能转化为内能的用电器上 D．节能问题的核心是如何提高能量转化利用的效率 【答案】BD 【解析】A．火炬的氢燃料使用后可以从自然界源源不断的获得，属于可再生能源，故A错误； B．由于能量转化和转移具有方向性，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，故B正确； C．超导材料电阻为零，电流流过导体时，导体不发热，电饭锅、热水器是利用电流的热效应工作的，超导体不能用来制作电饭锅、热水器的发热体，故C错误； D．提高能量转化利用的效率，可以更节能，故D正确。 故选BD。 【变式7-2】跨学科实践。 家庭用电调查与节电方案设计 电器日益普及，家庭用电量与日俱增。节能减耗既是国家倡导的社会风尚，也是每个家庭节约开支的有效途径。某中学物理兴趣小组开展了“家庭节电小卫士”项目式学习，制订了“家庭用电调查—数据分析—节电方案设计—宣传推广”的学习流程。 家庭用电调查：小组成员小明记录了他家一台老旧电热水器（额定功率为2000W）的使用数据：为了随时有热水，该热水器24小时处于通电加热状态，每天实际用于洗澡、洗碗的热水所消耗的电能仅为。 数据分析：通过分析，他们认识到很多电能被浪费了。 方案设计与宣传：他们决定设计一个可行的节电方案，并向家人和邻居进行宣传。 请根据上述项目式学习过程，回答下列问题： (1)在该电热水器工作的过程中，发生的能量转化主要是电能→ ； (2)请结合题中信息，分析这台电热水器效率低下、浪费电能的可能原因： ；（答出一条即可） (3)兴趣小组的同学认为，根据公式可知，可以通过减小用电器的实际功率或减少工作时间来节约用电，下列建议中，属于通过减小用电器的实际功率来达到省电目的的是______（填序号）； A．用电灯照明时，选新型节能灯 B．洗衣机洗薄衣服时，选择快洗挡位 C．用电风扇吹凉时，选择高转速挡 D．用手机上网课时，把亮度调高 (4)在宣传推广环节，请你从“行为习惯”或“技术设备”任选一个角度，为该兴趣小组补充一条面向所有家庭的普适性节电建议： 。 【答案】(1)内能；(2)见解析；(3)A；(4)电器不使用时应彻底关闭电源，减少待机耗电 【解析】（1）电热水器工作时，电流做功产生热量，水吸收热量后温度升高。该过程中主要将电能转化为内能。 （2）由短文内容可知，热水器需要24小时持续通电加热，使水长时间保持一定的温度，说明热水器本身保温性能差，导致热量散失快，导致热水器效率低下，浪费了较多的电能。 （3）A．新型节能灯与传统照明灯相比较，发光亮度差不多，但实际功率要小得多，属于通过减小用电器的实际功率来达到省电目的，故A符合题意； B．洗衣机洗薄衣服时，用快洗程序，消耗功率一定，工作时间变短，消耗电能减少，故B不符合题意； C．用电风扇吹凉时，转速越高实际功率越大，相同时间消耗的电能越多，故C不符合题意； D．用手机上网课时，把亮度调高，增大了手机的实际功率，未达到省电目的，故D不符合题意。 故选A。 （4）行为习惯角度：电器不使用时应彻底关闭电源，减少待机耗电。技术设备角度：购买新电器时，选择能效等级高的产品。 题型八 相关计算 【例8】小雅家购买了一台“太阳帆”牌太阳能热水器（如图），其参数如下： 真空管直径×长度（mm） 70×1800 规格（支管） 15 外形尺寸（mm） 1840×1597×1765 保温层（mm） 60 水箱容量（L） 200 采光面积（m2） 2.1 假设太阳光的日照强度为（日照强度表示每平方米面积上1h得到的太阳光的能量）。若每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转变成水的内能。（J/（kg·℃），kg/m3） （1）当水箱装满水时，水的质量为？ （2）若使用天然气加热同样多的水，使其温度从20℃升高到45℃时，假设天然气放出的热量全部被水吸收，则需要燃烧多少m3天然气？[天然气的热值为J/m3] （3）正常光照下一天内该热水器能让一箱初温为20℃的水温度升高到多少摄氏度？ 【答案】（1）200kg；（2）0.5m3；（3）50℃ 【解析】解：（1）水箱的体积 由可水箱中水的质量为 （2）由得，水吸收的热量 由得消耗的天然气为 （3）太阳能热水器一天内接受的太阳能 由可得转化成水的内能，即水吸收的热量为 由得 水的末温 【变式8-1】图甲是某款电水壶，其额定电压为220V，加热功率为1000W，保温功率为88W。电水壶内部简化电路如图乙所示，其中和均为定值的发热电阻丝，通过开关S的闭合与断开可实现“加热”和“保温”挡的切换。求： (1)电水壶处于“加热”挡正常工作100s所消耗的电能； (2)发热电阻丝的阻值； (3)若该电水壶在“加热”状态下正常工作，将一定质量初温为40℃的水加热到100℃用时420s，已知此过程中电水壶的加热效率为90%，则电水壶内所盛水的质量为多少千克？[] 【答案】(1)；(2)501.6Ω；(3)1.5kg 【解析】（1）电水壶处于加热挡正常工作时，其功率为1000W。根据电功公式，可得消耗的电能为 （2）由电路图分析可知，当开关S闭合时，电阻R2被短路，电路中只有R1工作，此时电路总电阻最小，根据可知，电功率最大，电水壶处于加热状态。当开关S断开时，R1和R2串联，电路总电阻最大，电功率最小，电水壶处于保温状态，则电阻R1的阻值为 保温时，电路的总电阻为 根据串联电路电阻特点，可得R2的阻值为 （3）电水壶在加热状态下正常工作420s消耗的总电能为 由可得水吸收的热量为 根据吸热公式，可得水的质量 【变式8-2】阅读下列短文，回答问题。 垃圾分类与垃圾处理 广东省每天产生将近12.4万吨的生活垃圾，如果处理不当，不仅会污染环境，还浪费资源，因此垃圾分类和科学处理尤为重要。目前采取的垃圾分类方法为“四分法”，即将垃圾分为有害垃圾、可回收物、厨余垃圾和其他垃圾。需要特别注意的是，现在生产的1号、5号、7号等干电池是低汞或者无汞电池，不属于有害垃圾。但纽扣电池、电子产品用的锂电池、电动车电瓶等铅蓄电池和镍镉充电电池仍需作为“有害垃圾”进行回收。 垃圾处理厂对回收后的部分垃圾进行卫生填埋、高温堆肥等处理，并把适合焚烧的生活垃圾送至焚烧厂，每充分燃烧1kg生活垃圾放出的热量大约为。焚烧垃圾产生的能量能够把水加热成高温蒸汽，推动汽轮机转动进行发电。每充分燃烧1kg生活垃圾可产生的电能大约为垃圾焚烧后产生的炉渣，约占焚烧前垃圾重量的五分之一，可用于制造生态建材等产品，实现资源的综合利用。垃圾发电不仅能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源。 （1）手机锂电池属于 （填字母）； A．有害垃圾 B．可回收物 C．厨余垃圾 D．其他垃圾 （2）焚烧垃圾产生的能量能够把水加热成高温蒸汽，推动汽轮机转动，其能量转化是焚烧垃圾产生的 能转化为汽轮机的 能，相当于汽油机中的 冲程； （3）垃圾发电不仅能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源，如今，我国到处实施“限电令”，若忽略能量的损耗，完全燃烧100kg的生活垃圾所产生的热量可以节约 kg的煤炭；这些热量可使 kg的水由20℃升高至[，]； （4）焚烧垃圾发电，发电效率大约为 %。 【答案】 A 内 机械 做功 12 1250 25 【解析】（1）[1]根据题意，纽扣电池、电子产品用的锂电池、电动车电瓶等铅蓄电池和镍镉充电电池仍须作为“有害垃圾”进行回收，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 （2）[2][3][4]在高温焚烧过程中产生高温烟气，高温烟气释放出的热量给水加热，产生的蒸汽推动汽轮机转动，这个过程中燃烧过程中化学能转化内能，其能量转化是焚烧垃圾产生的内能转化为汽轮机的机械能。汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能，故相当于汽油机中的做功冲程。 （3）[5][6]由题意可知，每充分燃烧1kg生活垃圾放出的热量大约为4.2×106J，完全燃烧100kg的生活垃圾所产生的热量Q=mq=100kg×4.2×106J/kg=4.2×108J 忽略能量的损耗，完全燃烧100kg的生活垃圾所产生的热量可以节约煤炭的质量为 这些热量可使由20℃升高至100℃的水的质量为 （4）[7]每充分燃烧1kg生活垃圾放出的热量大约为4.2×106J，每充分燃烧1kg生活垃圾可产生的电能大约为1.05×106J，故焚烧垃圾发电，发电效率大约为 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十章 能源与能量守恒定律（复习讲义） 1．四种研究方法 分类归纳法：按能源能否再生分为可再生能源与不可再生能源，归纳各类能源的特点与应用场景；按能量转化形式梳理不同能源的利用路径，明确能量流动规律。 数据分析法：通过我国近年发电量、能源消耗结构等数据，分析可再生能源的增长趋势、能源危机的紧迫性，为能源政策与开发利用提供依据。 实例探究法：结合太阳能热水器、核电站、抽水蓄能电站等实际案例，探究能源转化的具体过程，理解能量守恒定律的实际应用。 对比研究法：对比化石能源与新能源的环境影响、利用效率；对比核裂变与核聚变的反应条件、能量释放特点，明确不同能源的优势与局限。 2．十六个基本概念 能源：人类社会生存和发展所需能量的来源，是维持生产生活的基础物质。 可再生能源：能从自然界源源不断获得的能源，如太阳能、水能、风能、地热能等。 不可再生能源：消耗后无法再生的能源，如煤、石油、天然气等化石能源。 太阳能：太阳以光和热形式辐射的能量，可直接转化为内能、电能或化学能。 核能：原子核内部蕴藏的巨大能量，通过核裂变或核聚变释放。 核裂变：较重的原子核裂变为较轻的原子核的核反应，可引发链式反应，用于核电站发电。 核聚变：超高温下轻原子核聚合成较重原子核的核反应，释放能量更巨大，是太阳能的来源。 链式反应：核裂变中产生的中子引发更多原子核裂变的连续反应，需控制以安全利用核能。 能量转移：能量从一个物体转移到另一个物体，形式不变（如热水袋取暖）。 能量转化：能量从一种形式转变为另一种形式（如太阳能转化为电能）。 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，仅能转移或转化，总量保持不变。 永动机：妄想不消耗能量或少量能量就能持续运转的机器，违背能量守恒定律，无法实现。 能量转化的方向性：能量转移和转化具有不可逆性，如内能无法自动从低温物体转移到高温物体。 温室效应：二氧化碳等温室气体导致地球表面温度升高的现象，由化石燃料燃烧等引发。 碳达峰：一个地区或国家的碳排放量达到最大值后不再增长。 碳中和：通过减排、植树造林等方式抵消碳排放量，实现二氧化碳 “零排放”。 3．八个常考角度 能源的分类与判断：考查可再生能源与不可再生能源的区分，结合具体能源（如核能、潮汐能）判断类别，明确分类依据。 新能源的利用与原理：考查太阳能、核能、风能等新能源的利用方式（如太阳能发电、核电站工作流程），核裂变与核聚变的区别及应用场景。 能量的转移与转化分析：结合生活实例（如充电电池、水电站），判断能量转移或转化的形式，明确转化路径。 能量守恒定律的应用：考查定律的内涵，分析 “永动机” 失败的原因，解释生产生活中能量守恒的现象（如抽水蓄能电站的能量转化）。 能源危机与可持续发展：考查能源消耗现状、能源危机的成因，以及 “碳达峰”“碳中和” 的意义，新能源开发的必要性。 能源利用与环境影响：分析化石能源使用对环境的污染（如温室效应、酸雨），新能源的环保优势，节能减排的措施。 能量转化的方向性：结合实例（如热水降温、汽车能耗），理解能量转化的不可逆性，解释节能的重要性。 相关计算：考查太阳能辐射能量、核能释放能量与化石燃料能量的对比计算，能源利用效率的相关估算。 知识点 知识点内容 重点归纳 常见易错点 一、能源的分类与现状 1．能源定义（人类生存发展所需能量的来源）； 2．分类（可再生能源：太阳能、水能等；不可再生能源：煤、石油等化石能源）； 3．世界与我国能源现状（以不可再生能源为主，我国可再生能源装机世界第一）； 4．能源危机（不可再生能源枯竭风险） 1．分类核心依据：能否从自然界源源不断获得，核能属于不可再生能源； 2．我国2021年能耗结构以煤炭为主，新能源（水电、风电、光伏）占比16.6%； 3．能源革命的核心是推动清洁低碳、高效利用，加大新能源开发 1．误将核能归为可再生能源（核燃料消耗后无法再生）； 2．认为可再生能源“取之不尽用之不竭”，忽略开发条件限制； 3．混淆“能源消耗结构”与“能源生产结构”，误判我国新能源占比已超过化石能源 二、新能源的开发与利用 1．太阳能（利用方式：内能、电能、化学能转化）； 2．核能（核裂变：链式反应、核电站；核聚变：热核反应、太阳能量来源）； 3．其他新能源（水能、风能、海洋能、氢能的特点与应用）； 4．核废料处理（屏蔽后地下深埋） 1．太阳能清洁无污染，光伏电池将光能直接转化为电能； 2．核电站能量转化：核能→内能→机械能→电能，核心是可控链式反应； 3．核聚变释放能量比核裂变更巨大，原料（氘）海水中储量丰富，但目前未实现受控利用； 4．我国新能源装机（水电、风电、光伏）均居世界第一 1．混淆核裂变与核聚变的应用（误将核电站归为核聚变）； 2．认为太阳能转化只有发电一种形式（忽略内能、化学能转化）； 3．低估核废料处理的难度，误以为可随意丢弃； 4．误将氢能归为不可再生能源（可通过太阳能制氢，属于可再生能源衍生能源） 三、能量的转移与守恒 1．能量形式（机械能、内能、电能等）； 2．能量转移（形式不变，如热水袋取暖）与转化（形式改变，如发电）； 3．能量守恒定律（总量不变，仅转移或转化）； 4．永动机（违背定律，无法实现）； 5．能量转化的方向性（不可逆） 1．守恒定律是自然界根本定律，适用于所有场景，无例外； 2．能量转移/转化的关键区别：是否改变能量形式； 3．永动机失败的核心原因：违背“能量不能凭空产生”的规律； 4．方向性启示：能量利用率无法达到100%，需节约能源 1．认为“能量守恒=能量利用率100%”（忽略部分能量转化为无用内能）； 2．混淆能量转移与转化（如误将手机充电归为能量转移）； 3．质疑能量守恒定律的普适性，认为特殊场景可“凭空产生能量”； 4．忽略能量转化的方向性，误以为内能可自动从低温物体转移到高温物体 四、能源、环境与可持续发展 1．能源污染（化石燃料导致温室效应、酸雨、大气污染）； 2．核心政策（碳达峰、碳中和）； 3．可持续发展措施（开发绿色能源、节能减排、绿色出行）； 4．我国承诺（2030年前碳达峰，2060年前碳中和） 1．温室效应的主要成因是二氧化碳等温室气体排放； 2．碳达峰是“排放量达峰不增长”，碳中和是“抵消排放实现零排放”； 3．新能源汽车、风电、光伏是实现“双碳”目标的关键； 4．可持续发展的核心是平衡能源需求与环境保护 1．认为“无铅汽油是无污染汽油”（仍会排放二氧化碳等温室气体）； 2．混淆“碳达峰”与“碳中和”（误将两者等同）； 3．认为新能源开发对环境无影响（忽略风电、光伏的生态干扰）； 4．低估节能减排的重要性，认为“新能源开发可替代节能” 题型一 能源的分类与判断 【例1】下列给出的能源中，均属于不可再生能源的是（　　） A．核能、可燃冰 B．水能、天然气 C．风能、煤 D．太阳能、石油 【变式1-1】下列关于能源的说法正确的是（　　） A．太阳能、天然气、核能属于可再生能源 B．煤、石油、天然气、核能属于一次能源 C．风能、水能、化石能源属于不可再生能源 D．太阳能、风能、水能、地热能属于二次能源 【变式1-2】国家主席习近平在巴黎气候大会上讲话：“中国将在2030年实现非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右．”下列能源：①煤、②风能、③天然气、④水能、⑤石油、⑥电能、⑦潮汐能、⑧太阳能、⑨原子能、⑩地热能，属于化石能源的有 （填序号）；属于二次能源的有 （填序号）；为发展“低碳”经济，某市已经在某地区发展风力发电，风能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；若风力发电机一天发电7.2×109J，这相当于完全燃烧 kg的煤放出的热量．（煤的热值为3×107J/kg） 题型二 新能源的利用与原理原理用：考查 “同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引” 的规律应用，如判断磁体的指向、轻质磁体的受力运动、磁极的辨别等。 磁感线的理解与绘制：考查磁感线的方向（磁体外部 N 极→S 极、地磁场方向）、分布特点（如同名、异名磁极间的磁感线形状），以及根据磁感线判断磁场强弱和磁极。 右手螺旋定则的应用：给定通电螺线管的电流方向判断磁极，或给定磁极判断电流方向，是电路与磁场结合的核心考点。 电磁铁磁性强弱的影响因素：考查线圈匝数、电流大小对磁性的影响，结合控制变量法分析实验现象，或设计实验验证影响因素。 电磁继电器的工作原理与应用：考查控制电路（电磁铁通断）与工作电路（用电器通断）的联动关系，分析自动控制场景（如水位报警器、温度报警器）的工作过程。 电流磁效应的实验分析：以奥斯特实验为核心，考查实验现象（小磁针偏转）、结论（电流周围有磁场，磁场方向与电流方向有关），以及实验设计的注意事项。 地磁场与磁偏角：考查指南针指向的原理（地磁场作用）、磁偏角的概念，以及地磁场与地理方位的关系。 磁化与磁性材料的应用：考查磁化现象的实例（如铁钉被磁铁磁化后吸引铁屑）、软磁材料与硬磁材料的区分及应用（如电机铁芯用软磁材料、磁卡用硬磁材料）。 【例2】下列有关能源的说法，正确的是（　　） A．太阳能、风能、石油都属于可再生能源 B．核电站发电利用的是核聚变，将核能转化为电能 C．中科院利用太阳释放能量的原理研发出了“小太阳”，利用的是核聚变 D．光电池将光能直接转化为化学能 【变式2-1】如图所示是我市某道路旁的路灯，上有风车和太阳能电池板，风车转动可以带动风力发电机发电，太阳能电池板可以利用太阳能发电，将这些电能储存到蓄电池中，在夜晚供路灯照明。下列说法不正确的是（　　） A．风力发电机将机械能转化成电能 B．太阳能电池板将太阳能转化成电能 C．电灯发光将电能转化成光能和内能 D．蓄电池向外供电将电能转化成化学能 【变式2-2】关于能源和能量，下列说法正确的是（    ） A．核电站利用核聚变反应发电 B．太阳向外辐射的能量，来源于内部原子核发生的核裂变反应 C．风能、水能、太阳能，都属于一次能源 D．能量的转化与转移都是有方向的，因此能量守恒定律不成立 题型三 能量的转移与转化分析 【例3】（多选题）下列现象中属于能量转移的是（　　） A．冬天“哈气”取暖 B．摩擦生热 C．点燃的火箭腾空而起 D．热水在空气中逐渐变凉 【变式3-1】下列过程中，物体内能改变的方式与其他三项不同的是（　　） A．冬天搓手取暖 B．用热水袋暖手 C．反复弯折铁丝，铁丝发热 D．压缩空气引火仪压缩空气，棉花燃烧 【变式3-2】下列各种现象中，既发生能量的转化又发生能量转移的是 A．将热水和冷水混合在一起，变成温水 B．冬天用嘴呵气，使冰凉的手变暖 C．用打气筒给轮胎打气时，气筒壁会发热 D．一杯热茶慢慢变凉 题型四 能量守恒定律的应用 【例4】下列关于能量的转化和守恒的说法，不正确的是（　　） A．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．用热水袋取暖，说明内能是可以发生转移的 D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 【变式4-1】如图所示，这是一种设想中的永动机，它通过高处的水冲击叶片，叶片转动对外做功，同时带动抽水器将水从低处抽到高处，从而循环工作。下列关于该永动机的分析正确的是（　　）    A．水下落的过程中将动能转化为重力势能 B．水流冲击叶片时，可将水具有的能量全部转化为叶片的动能 C．该永动机可以在现实中推广 D．这一设想不符合能量守恒定律 【变式4-2】如图所示为利用“深井拉铁”技术储存电能：用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处，电能转化为 能，该装置 （选填“是”或“不是”）永动机。在能量转化和转移的过程中，能量的总量 （选填“增多”“不变”或“减少”）。 题型五 能源危机与可持续发展 【例5】能源危机是人类社会面临的重大问题，能源的利用要考虑可持续发展。下列有关能源问题的说法中正确的是（　　） A．太阳能和核能都是不可再生能源，水能和风能都是可再生能源 B．水电站是将机械能转化为电能，蓄电池充电时是将电能转化为化学能 C．核反应堆中发生的是可控制的核聚变，核电站是将核能转化为电能 D．煤是可再生能源，以煤为燃料的火力发电容易造成环境污染 【变式5-1】解决能源危机的根本措施是（    ） A．大量利用太阳能 B．大力开发新能源 C．用柴油发电机代替汽油发电机 D．采用新技术、新设备、进行技术改造 【变式5-2】（多选题）我国提出“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”，碳达峰、碳中和成为社会各界关注的热点话题。关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．实施垃圾分类有利于环保和节约能源 B．为了保护环境，应禁止使用化石能源 C．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值 D．风能、水能、太阳能都是清洁能源 题型六 能源利用与环境影响 【例6】海水的利用 地球表面的70%以上是海洋，开发利用海洋有广阔的前景，潮汐是一种海平面周期性变化现象，海平面每昼夜有两次涨落，人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝，在大坝中间装上水轮发电机组，涨潮时，海水通过大坝流进河口，带动水轮发电机发电；退潮时，海水又流回海洋，从相反方向带动水轮发电机发电，目前我国的潮汐电站年发电量达约为7.5×108kW•h。海水淡化和海水直接利用于工业冷却用水的相关设备、管道防腐等技术已比较成熟，部分沿海国家许多工业冷却水来自海水。     （1）潮汐发电是将海水的 能转化为电能；发电机是应用 现象制成的。    （2）潮汐发电是人类利用的一种可再生能源，下列几组能源中都属于可再生能源的是( ) A．水能、石油、核能      B．风能、水能、太阳能      C． 煤炭、石油、天然气      D．风能、地热能、核能 （3）挡海大坝要做成上窄下宽的形状（如图所示），这是因为 ，图中甲、乙两幅图代表涨潮发电的是图 （填“甲”或“乙”）     （4）1吨煤燃烧后可发电2.5×103kW•h，我国潮汐发电每年可节约 吨煤。     （5）海水作工业冷却用水主要是利用了水的 大的特性。 【变式6-1】请根据以上科普文章，回答以下问题： 生物质能源的利用 生物质能源，一种来源于生物体的可再生能源，正在逐渐成为全球能源转型的重要一环。其特点在于可再生性、低碳排放以及对环境的友好性，使得生物质能源在能源领域中的地位日益凸显。 生物质能源的来源广泛，包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便等。这些生物质资源经过一定的处理，如发酵、燃烧或气化，可以转化为内能、电能或生物燃料。例如，农作物秸秆和林业废弃物可以通过燃烧产生热量，用于供暖或发电；畜禽粪便则可以经过发酵处理，生成生物气体，作为清洁的燃料使用。 生物质能源的利用不仅有助于缓解能源紧张问题，还能促进农业和林业的可持续发展。通过合理利用生物质资源，可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，从而实现经济、社会和环境的协调发展。 在我国，生物质能源的开发利用也取得了显著进展。政策层面，国家出台了一系列鼓励生物质能源发展的政策措施，包括财政补贴、税收优惠等。技术层面，我国生物质能源技术不断创新，生物质发电、生物质液体燃料等领域取得了重要突破。 然而，生物质能源的利用也面临一些挑战，如资源收集、运输和储存的困难，以及生物质能源转化过程中的效率问题等。未来，我们需要进一步加强技术研发，提高生物质能源的利用效率和经济效益，推动生物质能源产业的健康发展。 （1）生物质能源作为一种可再生能源，其来源不包括 。 A．农作物秸秆　　B．石油　　C．林业废弃物　　D．畜禽粪便 （2）结合自己的生活常识，谈谈应对生物质能源开发利用所面临的挑战，能够采取哪些措施 。（写出一条具体的应对措施即可） 【变式6-2】阅读《“双碳”目标下的太阳能应用》，并回答题。 “双碳”目标下的太阳能应用 大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重，是实现“双碳”战略的关键步骤之一。太阳能产业作为新能源产业中发展较为成熟的产业，正在为“双碳”目标的实现不断提供助力。 广义的太阳能是指由太阳内部氢原子发生氢核聚变释放出巨大核能而产生的、来自太阳的辐射能量。其应用主要包括光伏发电和光热两种形式。 光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。当电池的外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。光电转换效率是评价太阳能电池的核心指标，指太阳能电池把光能转化为电能的效率，等于电池受光照时的最大输出电功率与照射电池板上的太阳能量功率的比值。 光热是现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力，目前应用较广的包括光热技术有光热发电及太阳能热水器利用。其中光热发电就是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 据统计截止到2023年，我国光伏累计装机容量达到609.49GW，高居世界首位。随着“双碳”战略的实施，未来的新能源结构将是光伏、风电与太阳能热协同发展、多能互补的形式。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)太阳能电池工作原理是 ； (2)光伏发电能量转化过程是_________，光热发电能量转化的过程是_________； A．太阳能-电能-化学能 B．太阳能-电能 C．太阳能-内能-电能 D．太阳能-化学能-内能-电能 (3)太阳光照射到太阳能电池板的功率为1000 W，照射时间为4 h，则太阳能电池板最多能输出的电能是 kW•h（已知太阳能电池的光电转化效率为15%）。 题型七 能量转化的方向性 【例7】下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 【变式7-1】（多选题）关于能源、材料与社会，下列说法正确的是（　　） A．北京冬奥会主火炬“微火”使用的氢燃料属于不可再生能源 B．能量在转化过程中是守恒的，但是转化具有方向性，仍需节约能源 C．超导体材料主要用在电饭锅、热水器等将电能转化为内能的用电器上 D．节能问题的核心是如何提高能量转化利用的效率 【变式7-2】跨学科实践。 家庭用电调查与节电方案设计 电器日益普及，家庭用电量与日俱增。节能减耗既是国家倡导的社会风尚，也是每个家庭节约开支的有效途径。某中学物理兴趣小组开展了“家庭节电小卫士”项目式学习，制订了“家庭用电调查—数据分析—节电方案设计—宣传推广”的学习流程。 家庭用电调查：小组成员小明记录了他家一台老旧电热水器（额定功率为2000W）的使用数据：为了随时有热水，该热水器24小时处于通电加热状态，每天实际用于洗澡、洗碗的热水所消耗的电能仅为。 数据分析：通过分析，他们认识到很多电能被浪费了。 方案设计与宣传：他们决定设计一个可行的节电方案，并向家人和邻居进行宣传。 请根据上述项目式学习过程，回答下列问题： (1)在该电热水器工作的过程中，发生的能量转化主要是电能→ ； (2)请结合题中信息，分析这台电热水器效率低下、浪费电能的可能原因： ；（答出一条即可） (3)兴趣小组的同学认为，根据公式可知，可以通过减小用电器的实际功率或减少工作时间来节约用电，下列建议中，属于通过减小用电器的实际功率来达到省电目的的是______（填序号）； A．用电灯照明时，选新型节能灯 B．洗衣机洗薄衣服时，选择快洗挡位 C．用电风扇吹凉时，选择高转速挡 D．用手机上网课时，把亮度调高 (4)在宣传推广环节，请你从“行为习惯”或“技术设备”任选一个角度，为该兴趣小组补充一条面向所有家庭的普适性节电建议： 。 题型八 相关计算 【例8】小雅家购买了一台“太阳帆”牌太阳能热水器（如图），其参数如下： 真空管直径×长度（mm） 70×1800 规格（支管） 15 外形尺寸（mm） 1840×1597×1765 保温层（mm） 60 水箱容量（L） 200 采光面积（m2） 2.1 假设太阳光的日照强度为（日照强度表示每平方米面积上1h得到的太阳光的能量）。若每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转变成水的内能。（J/（kg·℃），kg/m3） （1）当水箱装满水时，水的质量为？ （2）若使用天然气加热同样多的水，使其温度从20℃升高到45℃时，假设天然气放出的热量全部被水吸收，则需要燃烧多少m3天然气？[天然气的热值为J/m3] （3）正常光照下一天内该热水器能让一箱初温为20℃的水温度升高到多少摄氏度？ 【变式8-1】图甲是某款电水壶，其额定电压为220V，加热功率为1000W，保温功率为88W。电水壶内部简化电路如图乙所示，其中和均为定值的发热电阻丝，通过开关S的闭合与断开可实现“加热”和“保温”挡的切换。求： (1)电水壶处于“加热”挡正常工作100s所消耗的电能； (2)发热电阻丝的阻值； (3)若该电水壶在“加热”状态下正常工作，将一定质量初温为40℃的水加热到100℃用时420s，已知此过程中电水壶的加热效率为90%，则电水壶内所盛水的质量为多少千克？[] 【变式8-2】阅读下列短文，回答问题。 垃圾分类与垃圾处理 广东省每天产生将近12.4万吨的生活垃圾，如果处理不当，不仅会污染环境，还浪费资源，因此垃圾分类和科学处理尤为重要。目前采取的垃圾分类方法为“四分法”，即将垃圾分为有害垃圾、可回收物、厨余垃圾和其他垃圾。需要特别注意的是，现在生产的1号、5号、7号等干电池是低汞或者无汞电池，不属于有害垃圾。但纽扣电池、电子产品用的锂电池、电动车电瓶等铅蓄电池和镍镉充电电池仍需作为“有害垃圾”进行回收。 垃圾处理厂对回收后的部分垃圾进行卫生填埋、高温堆肥等处理，并把适合焚烧的生活垃圾送至焚烧厂，每充分燃烧1kg生活垃圾放出的热量大约为。焚烧垃圾产生的能量能够把水加热成高温蒸汽，推动汽轮机转动进行发电。每充分燃烧1kg生活垃圾可产生的电能大约为垃圾焚烧后产生的炉渣，约占焚烧前垃圾重量的五分之一，可用于制造生态建材等产品，实现资源的综合利用。垃圾发电不仅能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源。 （1）手机锂电池属于 （填字母）； A．有害垃圾 B．可回收物 C．厨余垃圾 D．其他垃圾 （2）焚烧垃圾产生的能量能够把水加热成高温蒸汽，推动汽轮机转动，其能量转化是焚烧垃圾产生的 能转化为汽轮机的 能，相当于汽油机中的 冲程； （3）垃圾发电不仅能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源，如今，我国到处实施“限电令”，若忽略能量的损耗，完全燃烧100kg的生活垃圾所产生的热量可以节约 kg的煤炭；这些热量可使 kg的水由20℃升高至[，]； （4）焚烧垃圾发电，发电效率大约为 %。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $