四、能源与可持续发展（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

四、能源与可持续发展 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能源消耗对环境的影响 1 题型2 能源与可持续发展 7 题型3 能源危机及解决方案 13 【能力培优练】 20 【链接中考】 28 【重难题型讲解】 题型1 能源消耗对环境的影响 1. 化石能源使用带来的主要环境问题 化石能源（煤、石油、天然气）的大规模使用，在推动社会发展的同时，也带来了严重的环境问题。 环境问题 产生原因 危害 相关能源 温室效应 燃烧化石燃料排放大量CO₂ 全球变暖、海平面上升、极端气候 煤、石油、天然气 酸雨 排放SO₂和氮氧化物 酸化土壤和水体，腐蚀建筑物 煤（含硫）、石油 空气污染 排放粉尘、有害气体 危害人体健康，形成雾霾 煤、石油 水体污染 开采运输过程中的泄漏 污染水源，危害水生物 石油 生态破坏 开采过程中的土地破坏 植被破坏，水土流失 煤（露天开采） 热污染 发电厂冷却水排放 影响水域生态平衡 火电站、核电站 2. 其他能源的环境影响 能源类型 主要环境影响 核能 核废料处理、核泄漏风险、热污染 水能 淹没土地、生态破坏、移民问题、影响鱼类洄游 风能 噪声污染、影响鸟类、视觉景观影响 太阳能 电池生产过程中的污染、废弃处理、占地问题 生物质能 燃烧仍有污染、可能影响粮食安全 【注意】环境问题的全球化：环境问题没有国界。一个国家排放的CO₂会导致全球变暖，一个国家排放的SO₂可能通过大气环流影响邻国。因此环境治理需要国际合作。 清洁能源≠零污染：清洁能源（如太阳能、风能）在使用过程中污染很小，但在设备制造（如太阳能电池生产）和废弃处理过程中也可能产生污染。 【典例1-1】在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区。纯净天然气是无色无味的气体，使用前通常在天然气中加入有特殊气味的气体，以便泄漏时能及时察觉到。人能闻到这种气味，说明 。天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是 ；从环保角度分析它突出的优点是 （天然气、煤的热值分别为1.14×108J/kg、3×107J/kg） 【答案】 分子在不停地做无规则运动 热值大 更环保，污染小 【详解】[1]在天然气中加入有特殊气味的气体，以便泄漏时能及时察觉到。人能闻到这种气味，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动。 [2]天然气的热值为1.14×108J/kg，煤的热值为3×107J/kg，即相同质量的天然气比煤完全燃烧放出的热量多，天然气的优点是热值大。 [3]天然气完全燃烧产生的主要是水和二氧化碳，而煤燃烧产生的产物有二氧化碳、二氧化硫，还可能含有一氧化碳，会污染环境，所以燃烧天然气更环保，污染小。 【跟踪训练1】在我国提出“碳达峰，碳中和”的双碳目标下，如图所示为燃煤电厂氮氧化物排放标准的变化情况。关于此图及相关背景知识的分析，说法正确的是（    ） A．燃煤电厂是利用了电动机生产电能 B．氮氧化物的排放不会造成酸雨污染 C．继续使用燃煤就不能实现双碳目标 D．提升排放标准助推了绿色能源利用 【答案】D 【详解】A．燃煤电厂的工作原理是：燃烧煤将水的内能增加，产生高温高压的水蒸气，水蒸气推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电，发电机是利用电磁感应现象将机械能转化为电能的装置，而电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理将电能转化为机械能的装置，故A错误； B．酸雨主要是由于燃烧煤、石油等燃料，向大气中排放大量的二氧化硫和氮氧化物等酸性气体所造成的，因此，氮氧化物的排放会造成酸雨污染，故B错误； C．实现“双碳”目标主要是控制二氧化碳的排放，继续使用燃煤会排放大量二氧化碳，给实现双碳目标带来巨大挑战，但通过采用碳捕捉、碳封存等技术，可以减少二氧化碳的排放，并非绝对不能实现，故C错误； D．从图中可以看出，国家对燃煤电厂氮氧化物的排放标准越来越严格，这会增加燃煤发电的成本，从而在经济上促使能源企业更多地开发和利用太阳能、风能等污染小、碳排放少的绿色能源，助推了绿色能源的利用，故D正确。 故选D。 【跟踪训练2】旅游的路上，小明同学看到了路旁的一台台风力发电机，于是对风力发电产生了兴趣，回家后对风力发电机进行了调查。如图为单台风力发电机输出功率P与风速v的关系，它的年发电量为300万度。 (1)当风速为13m/s时， 发电机1小时的发电量为多少kW·h？ (2)如果火电站的发电效率为36%，要获得与这台风力发电机相同的年发电量，需要多少吨煤？（煤的热值为3.0×107J/kg） (3)结合实践说明风力发电的优缺点 （各写一条）。 【答案】(1)1500kW·h (2)1000t (3)优点：清洁环境效益好；缺点：风能不稳定不可控 【详解】（1）由图可知，当风速为13m/s时，风力发电机的功率为1500kW，由 得 W=Pt=1500kW×1h=1500kW·h   （2）风力发电机的年发电量 W1=3×106kW·h=3×106 ×3.6×106J=1.08×1013J火电站的发电效率为36%，则燃烧煤放出热量 需要煤的质量 （3）由于使用风力发电不消耗化石能源，不产生废气，所以优点是清洁环境效益好；由于有风时能发电，无风时不能放电，所以缺点是风能不稳定不可控。 【典例1-2】阅读短文，回答问题 未来是电动汽车的时代 目前研究开发中电动车有两类具有实际应用前景，一是太阳能电动车，二是立足于氢能基础上的燃料电池汽车。前者将太阳能转化为电能，能源来源无限且无污染。后者以氢为燃料，通过化学反应产生电流并排出水，能实现可循环利用和零排放。下图是一辆设计中的太阳能汽车动力部分的电路简图。设阳光在1小时内辐射到车上太阳能电池的光能接受板上的平均值为3.6×107J。行驶时，可通过改变滑动变阻器的电阻来调节电动机转速从而改变汽车行驶速度。当滑动变阻器滑片在最左端时，汽车的行驶速度最大，此时电压表示数为180V，电流表示数为15A。（电池、电动机电阻不变） （1）汽车以最大速度行驶时电动机每分钟消耗的电能是多少？ （2）当滑片向右移至某一位置时，汽车的行驶速度小于最大速度。此时电压表示数为150V，电流表示数为10A，则此时滑动变阻器接入电路的电阻大小是多少 ？每小时电动机消耗的电能与滑动变阻器消耗的电能之比是多少？ （3）以汽油为燃料的汽油车对环境会造成污染，请提出城市治理汽车污染的一条合理化建议： ； （4）目前人们乱扔废旧电池的现象非常普遍。请你针对这种现象，给有关部门提出一条合理建议： ； （5）就目前的情况看，氢气作燃料的汽车要投入使用前，你认为还要研究解决的问题有哪些： 。 【答案】 1.62×105J 3Ω 5∶1 对尾气排放进行监测，未达标者不得上路等 设置专门收购废旧电池地点，分类回收等 氢气的大量生产问题、装置的安全等 【详解】（1）[1]当滑动变阻器滑片在最左端时，由图可知，此时电路中只有电动机，电压表示数即电压电压，为180V，汽车以最大速度行驶时电动机每分钟消耗的电能 W=UIt=180V×15A×60s=1.62×105J （2）[2][3]当滑片向右移至某一位置时，电动机与调速电阻串联，电压表测电动机两端电压为150V，由并联电路电压关系可得调速电阻两端电压为 UR=U-UM=180V-150V=30V 根据欧姆定律可知滑动变阻器接入电路的电阻 电动机与滑动变阻器消耗的电能之比 （3）[4]因汽车污染主要与汽车燃料有关，所以可以改用清洁型燃料、使用电力汽车等可以治理汽车污染问题。 （4）[5]避免乱扔废旧电池可以：回收废旧电池；进行公德宣传；垃圾分类处理等。 （5）[6]因氢气具有可燃性。作为燃料首先要解决其贮藏和运输的安全问题，同时氢气作为新能源，如何制得大量廉价的氢气也是目前氢能源没有大量应用的主要问题。 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题 可持续航空燃料 航空业每年产生的二氧化碳排放占全球总量的2～3％，根据预测，2022年至2050年间航空业的排放量将达到39千兆吨。电动汽车在陆地交通中的使用正迅速增加，但航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要更高能量密度的燃料。此外，更换飞机的高成本意味着现有机队将继续运营数十年，而且电动或氢燃料飞机可能在任何情况下都无法用于长途飞行。 目前，出现了一种无需对现有航空基础设施和设备进行大规模改变的解决方案：可持续航空燃料（SAF），它由生物（例如生物质）和非生物（例如二氧化碳）资源生产。结合其他减碳策略，包括系统范围的运营效率、新技术和碳抵消，SAF应该可以使航空业在未来几十年内实现净零碳排放。 越来越多的航空公司承诺使用SAF，这一趋势将通过全球努力加速，例如世界经济论坛的“清洁明天蓝天计划”和“先行者联盟”。利用可再生能源从生物原料中生产SAF的能力正在稳步增加，将世界更近地推向净零航空。 (1)航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要 。 (2)为实现净零航空，短途飞行可用电动或 燃料飞机。 (3)SAF是指 ，它由生物和非生物资源生产。目前，现有的减碳策略有： 。 【答案】(1)更高能量密度的燃料 (2)氢 (3) 可持续航空燃料 系统范围的运营效率、新技术和碳抵消 【详解】（1）由短文第三行可知，航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要更高能量密度的燃料。 （2）虽然电动或氢燃料飞机可能在任何情况下都无法用于长途飞行，但是短途飞行仍然可用。 （3）[1]SAF是指可持续航空燃料，它由生物（例如生物质）和非生物（例如二氧化碳）资源生产。 [2]目前现有的减碳策略有系统范围的运营效率和新技术和碳抵消。 【跟踪训练2】阅读材料，回答下列问题。 热辐射是一种电磁辐射，其波长范围广泛，从红外线到可见光再到紫外线都有。太阳向地球传递热量、地球表面向太空散发热量的方式都是热辐射。 温室效应是一种地球大气层中某些气体对太阳辐射的选择性吸收和再辐射（热辐射）的现象，使地球表面温度升高。温室效应的原理是：太阳辐射中的短波辐射（可见光、紫外线等）可以较容易地穿透大气层到达地表，而地表吸收后再辐射为长波辐射（红外线）时，部分长波辐射会被大气中的温室气体（如水蒸气、二氧化碳等）吸收并再辐射回地面，使得地表温度升高。 温室效应是自然界中的一个重要现象，它使地球上的生物得以生存。然而，由于人类活动导致大气中温室气体的增加，如燃烧化石燃料、森林砍伐等，加剧了温室效应的程度，造成了全球变暖的问题。 全球变暖会引起气候变化、海平面上升等一系列问题，对生态环境和人类社会产生重大影响。因此，减少温室气体的排放，降低全球变暖对地球的影响，是当今社会亟需解决的问题之一。 (1)太阳主要是通过 的方式将能量输送到地面的。 (2)地球上的海水吸收来自太阳的热量，内能 ，海水蒸发加快，这个过程为海水的 （填物态变化）过程。 (3)除文中提到的方法外，请写出一条减缓全球气候变暖的方法 。 【答案】(1)热辐射 (2) 增加 汽化 (3)植树造林（合理即可） 【详解】（1）根据材料可知，太阳向地球传递热量、地球表面向太空散发热量的方式都是热辐射。 （2）[1][2]地球上的海水吸收来自太阳的热量，内能增加，海水蒸发加快，由液态变为气态，这个过程为海水的汽化过程。 （3）除文中提到的方法外，减缓全球气候变暖的方法还有植树造林等。 题型2 能源与可持续发展 1. 可持续发展的概念 可持续发展是指“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”。它强调经济、社会、环境的协调发展。 三个维度 含义 经济可持续 保持经济增长，提高人民生活水平 社会可持续 促进社会公平，保障基本需求 环境可持续 保护生态环境，合理利用资源 2.能源可持续发展的途径 实现能源可持续发展，需要从以下几个方面努力： 途径 具体措施 意义 节约能源 提高能源利用率，减少浪费 延长化石能源使用时间，减少污染 开发可再生能源 大力发展太阳能、风能、水能、生物质能等 替代化石能源，实现永续利用 发展新能源 核能、氢能、可燃冰等 拓展能源来源，优化能源结构 清洁利用化石能源 洁净煤技术、碳捕集与封存 减少污染，实现清洁发展 能源结构多元化 多种能源互补，降低单一能源依赖 提高能源安全，减少风险 碳中和的含义：碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。 碳达峰的含义：碳达峰是指二氧化碳排放量达到历史最高值后开始进入下降阶段。 能源转型的挑战：从化石能源为主向可再生能源为主转型，面临技术、经济、社会等多方面的挑战，是一个长期的过程。 没有“完美”的能源：每种能源都有其优点和缺点。太阳能清洁但不稳定，核能稳定但有安全风险，水能可再生但有生态影响。因此需要根据实际情况合理选择。 【典例2-1】与世界能源结构相比，我国的能源结构存在不足，如下列图片所示。以下措施有利于优化我国能源结构的是（　　） A．继续发挥产煤大国的优势 B．减小石油和天然气的比重 C．严控核能、水能的开发 D．加大可再生能源的开发和利用力度 【答案】D 【详解】由图可以看出，我国能源以煤炭为主，煤炭污染大且属于不可再生能源，储量有限，所以应减少对煤炭、石油、天然气等化石能源的使用，增加对非化石能源的使用；对于核能这种不可再生能源，应在保证安全的情况下提倡使用，水能在有条件的地方应大力提倡。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【跟踪训练1】第41届世博会上为了体现“城市，让生活更美好”的世博会主题精神，某校同学提出下列环保建议，其中你认为可行的是（　　） ①开发新能源，减少化石燃料的燃烧； ②提倡使用一次性发泡塑料餐具和塑料袋； ③开发生产无汞电池； ④提倡使用手帕，减少餐巾纸的使用； ⑤分类回收垃圾。 A．①③④ B．①③④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④⑤ 【答案】B 【详解】①化石能源燃烧后生成的尾气中含有二氧化硫的气体，容易造成大气污染，故减少化石燃料的燃烧这种做法是可行的； ②一次性发泡塑料餐具和塑料袋的使用会对环境造成白色污染，故这种做法是错误的； ③电池中的重金属汞会渗入地下，污染水源，因此开发无汞电池可以保护环境，故这种做法是可行的； ④餐巾纸是由木材加工而成的，因此减少餐巾纸的使用可以保护森林，故这种做法也是可行的； ⑤垃圾中有些是可以回收利用的，有些是污染较严重，不可回收利用的，因此分类回收可以节约资源。在以上做法中，①③④⑤是可行的，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【跟踪训练2】《2050年世界与中国能源展望》中提出，全球能源结构正在向多元、清洁、低碳转变。下图是不同年份中世界能源占比结构图，请回答下列问题： （1）比较2015、2030、2050年能源结构。化石能源占比日益减少的是 ； （2）天然气是比较清洁的能源，其主要成分燃烧的化学方程式为 ； （3）人们正在利用和开发的新能源有 （写一种）； （4）减少CO2排放已成为全球共识。下列做法符合低碳理念的是 （填字母）。 A．随手关灯    B．节约用纸    C．多使用一次性木筷 【答案】 煤炭、石油 太阳能或水能或风能或地热能或潮汐能等 AB 【详解】（1）[1]根据图示比较2015、2030、2050年能源结构。化石能源占比日益减少的是煤炭和石油。 （2）[2]天然气的主要成分是甲烷，甲烷与氧气点燃生成二氧化碳和水，该反应的化学方程式为 （3）[3]人们正在利用和开发的新能源有太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能等。 （4）[4]A．随手关灯，有利于节能减排，符合低碳理念，故A符合题意； B．节约用纸，有利于节能减排，符合低碳理念，故B符合题意； C．多使用一次性木筷，会能增加树木的砍伐，从而减少二氧化碳的消耗，不符合低碳理念，故C不符合题意。 故选AB。 【典例2-2】阅读材料，回答问题。 新能源汽车的崛起 常见的车辆能源类型有汽油、柴油、油电混动、纯电动等。目前我国民用汽车保有量约为2.6亿辆，传统燃油车仍然占据大部分市场，但近两年，新能源汽车在我国汽车市场占有率有显著提升。传统燃油车的动力机械是内燃机，通过燃料在汽缸内燃烧，向车轮输出能量。 油电混动汽车全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量；当车辆快速行驶或蓄电池储存电能过低时，只有内燃机工作，既向车轮输出能量，又给蓄电池充电，从而提高能量利用率（能量利用率指有效利用能量占全部能量的百分比）。某次测试人员驾驶一辆油电混动汽车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶2h，消耗燃油10kg，行驶时汽车所受阻力为2000N。此过程中，蓄电池储存的能量由满电的30%增大至满电的70%。其蓄电池参数如表格所示。 纯电动汽车是指完全由蓄电池提供动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。目前，电动汽车的充电方式一般分为慢充、快充和换电，利用快速充电桩可以在1小时左右将一部家用小轿车的电从零充到满。 蓄电池参数 电压/V 500 容量/A·h 50 (1)某传统燃油车的内燃机是一台四冲程汽油机，如图所示是汽油机的 冲程；若飞轮转速是3000r/min，则每秒对外做功 次。 (2)利用充电桩对蓄电池充电时，蓄电池可以看作 （选填“电源”或“用电器”）。 (3)根据表格提供的参数可知该蓄电池充满电后储存的电能为 J，该油电混动汽车在测试过程中的能量利用率为 （燃油热值）。 (4)请你说出一条新能源汽车的优点： 。 【答案】(1) 做功 25 (2)用电器 (3) 9×107 53.6% (4)污染小 【详解】（1）[1]由图可知，该汽油机的进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，说明是汽油机的做功冲程。 [2]汽油机一个工作循环，飞轮转两圈，四个冲程，对外做功一次。已知飞轮转速3000r/min即50r/s，则每秒完成25个工作循环，对外做25次功。 （2）蓄电池在充电时，电能转化为化学能，因为蓄电池在消耗电能，所以属于用电器。 （3）[1]该蓄电池充满电后储存的电能为W电=UIt=500V×50A×3600s=9×107J [2]由题意可知，测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶2h，内燃机消耗燃油10kg，10kg汽油完全燃烧放出的热量为Q放=mq=10kg×4.4×107J/kg=4.4×108J 汽车匀速行驶2h通过的路程s=vt=50km/h×2h=100km 因为汽车匀速运动，所以汽车的牵引力和汽车受到的阻力是一对平衡力，即F=f=2000N 牵引力做的功为W机械=Fs=2000N×100×103m=2×108J 由于汽车行驶时，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的70%，所以蓄电池增加储存的电能W电'=(70%-30%)×9×107J=3.6×107J 汽车的能量利用率 （4）纯电动汽车与传统燃油车相比，优点是：污染小、噪声低等。 【跟踪训练1】请根据上述阅读材料，回答下列问题： 垃圾分类与垃圾处理 北京市每天产生将近2.6万吨的生活垃圾，如果处理不当，不仅会污染环境，还浪费资源，垃圾分类和科学处理尤为重要。北京目前采取的垃圾分类方法为“四分法”，将垃圾分为有害垃圾、可回收物、厨余垃圾、其他垃圾。报纸、镜子、饮料瓶、易拉罐、旧衣服、电子废弃物等可循环利用的垃圾属于可回收物，放入蓝色垃圾桶，由再生资源企业回收利用；菜叶菜帮、剩饭剩菜、植物等由厨房产生的垃圾属于厨余垃圾，放入绿色垃圾桶：保鲜膜、塑料袋、纸巾、大骨头、玉米核等属于其他垃圾，放入灰色垃圾桶；废灯管、水银温度计、过期药品、油漆、化妆品等对身体和环境有害的属于有害垃圾，放入红色垃圾桶，需用特殊方法安全处理。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，如图4所示，应投入“其他垃圾”中。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。对回收后的部分垃圾进行卫生填埋、高温堆肥等处理，并把适于燃烧的生活垃圾送至焚烧厂。北京鲁家山垃圾焚烧发电厂日处理垃圾3000吨。由于我市生活垃圾含水量较大，每充分燃烧1千克的生活垃圾放出的热量大约为焦，在这里先将垃圾经专业自然发酵析出垃圾中的部分水量以提高热值，然后将发酵后的垃圾投入高达850~1100℃的焚烧炉内进行高温焚烧。荧烧垃圾产生的内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1吨垃圾可产生的电能大约为焦。焚烧垃圾时产生的余热，还可以在厂内加热供暖管道，转换成热水，送往附近的居民楼为小区供暖。垃圾焚烧后产生的炉渣，约占焚烧前垃圾重量的五分之一，可用于制备生态建材等产品。垃圾焚烧后产生的内能可用于发电供热，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)废弃的“南孚1号”干电池属于______垃圾； A．有害垃圾 B．可回收物 C．厨余垃圾 D．其他垃圾 (2)我市适于焚烧的生活垃圾的热值约为 J/kg； (3)用垃圾焚烧发电，发电效率大约为 %；（结果保留整数） (4)请简要说明利用焚烧垃圾放出的热发电过程中涉及的能量转化______。 A．化学能转化为内能 B．机械能转化为化学能 C．机械能转化为电能 D．内能转化为机械能 【答案】(1)D (2) (3)25 (4)ACD 【详解】（1）由题意可知，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，应投入“其他垃圾”中，因此废弃的“南孚1号”干电池属于其他垃圾，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （2）热值是单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。由题意可知，每充分燃烧1千克的生活垃圾放出的热量大约为焦，则我市适于焚烧的生活垃圾的热值约为。 （3）由题意可知，，每充分燃烧1千克的生活垃圾放出的热量大约为焦，，每充分燃烧1吨垃圾可产生的电能大约为焦，则每充分燃烧1千克垃圾可产生的电能大约为，用垃圾焚烧发电，发电效率大约为 （4）焚烧垃圾是垃圾的化学能转化为内能，用来加热水，然后水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为汽轮机的机械能，汽轮机转动进行发电，汽轮机的机械能转化为电能。故ACD符合题意，B不符合题意。 故选ACD。 【跟踪训练2】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） 【详解】（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。 题型3 能源危机及解决方案 1. 世界能源消耗趋势 随着世界人口的不断增加和经济的高速发展，人类对能源的需求日益增长。尤其是20世纪以来，能源消耗量呈快速增长趋势。 2. 化石能源的储量危机 化石能源是不可再生能源，其储量是有限的。按照目前的消耗速度，它们将在不久的将来面临枯竭。 能源 预计可开采年限 说明 石油 约40-50年 随着新油田发现，年限可能延长 天然气 约50-60年 页岩气开发增加了可采储量 煤 约200年 相对丰富，但开采和使用污染严重 【注意】①这些数据是动态变化的，随着技术进步和新资源发现，可开采年限可能延长。 ②即使储量充足，化石能源的品质也在下降（如高品位的优质煤越来越少）。 ③化石能源的形成需要数百万年，对人类而言是不可再生的。 ④能源危机不是“能源总量”的危机，而是高品质、低成本、易开采的能源日益减少的危机。地球上的能量总量（包括内能）几乎是无限的，但可供人类高效利用的能源是有限的。 3. 解决能源危机的方案 方案 具体措施 意义和挑战 节能优先 提高能源利用率，减少浪费，淘汰高耗能产业 见效快，成本低，潜力巨大 开发可再生能源 大力发展太阳能、风能、水能、生物质能 取之不尽，但受自然条件限制 发展核能 建设核电站，研发第四代核电技术 能量密度高，但安全要求高 开发新能源 氢能、可燃冰、核聚变等 潜力巨大，但技术尚未成熟 能源结构优化 降低化石能源比例，实现多元化 提高能源安全，减少风险 储能技术突破 发展电池储能、抽水蓄能、氢储能 解决可再生能源波动性问题 国际合作 共同开发资源，共享技术成果 应对全球性挑战的必要途径 ★特别提醒 化石能源有着“双重角色”：化石能源不仅是燃料，还是重要的化工原料（如塑料、化肥、医药等）。将它们作为燃料烧掉，实际上是资源浪费。 储能技术是关键：可再生能源（太阳能、风能）的波动性需要通过储能技术（抽水蓄能、电池储能、氢储能等）来解决，储能是未来能源发展的重要方向。 能源系统面临安全可靠、清洁低碳、经济可行三个目标的权衡，很难同时完美实现，需要根据国情和发展阶段做出选择。 【典例3-1】“绿水青山，就是金山银山”，党的十九大报告提出，着力解决环境问题，加大生态系统的保护，下列说法正确的是（　　） A．目前的核电站是利用核聚变释放的核能工作的 B．原子弹和氢弹都是利用核裂变 C．煤、石油、天然气都是不可再生能源 D．能量在转化过程中是守恒的，所以能源是“取之不尽，用之不竭”的 【答案】C 【详解】A．目前的核电站都是利用核裂变获取核能的，故A错误； B．原子弹是利用核裂变，氢弹是利用核聚变，故B错误； C．煤、石油、天然气不能源源不断的从自然界获取，是不可再生能源，故C正确； D．能量在转化过程中是守恒的，但能源的消耗是不可逆的，能源的利用是有限的，故D错误。 故选C。 【跟踪训练1】伴随着新能源汽车的兴起，增程式电动汽车解决了纯电动车无法解决的里程焦虑。在电池电量充足时，电池驱动电机，发动机不参与工作。当电池电量消耗到一定程度时，发动机启动，发动机为电池提供能量对电池进行充电。有关能量转化和新型能源的知识分析不正确的是（　　）    A．汽车行驶时电池驱动电机，将电能主要转化为机械能 B．发动机启动时，消耗的汽油燃料与核燃料都属于清洁能源 C．核电站利用核裂变时释放的能量发电 D．不断开发新型能源可以有效地缓解能源危机 【答案】B 【详解】A．电池驱动电机的过程中，消耗了电能，获得了机械能，因此是将电能主要转化为机械能，故A正确，不符合题意； B．发动机启动时，消耗的汽油燃料与核燃料都会产生一定的环境污染，不属于清洁能源，故B错误，符合题意； C．获取核能的方式有：核裂变和核聚变。现有核电站是利用可控制的核裂变释放的能量来发电，故C正确，不符合题意； D．由于能量的转化或转移具有方向性，因此新能源的开发和利用是缓解能源危机的有效途径，故D正确，不符合题意。 故选B。 【跟踪训练2】洒水车行驶在平直柏油路上，当它洒水时摩擦力 ，柴油机工作的四冲程中，使洒水车获得动力的是 冲程。汽车的尾气是PM2.5的主要来源，它是指大气中直径小于等于2.5 的颗粒悬浮物。为了减少污染，人类需要开发新能源，如 （填一种即可）。 【答案】 变小 做功 μm 太阳能 【详解】[1]洒水时，洒水车对地面的压力一直在变小，接触面的粗糙程度不变，因此受到地面的摩擦力在变小。 [2]四冲程内燃机工作时，只有在做功冲程中将燃料燃烧产生燃气的内能转化为机械能，为内燃机工作提供动力。 [3]PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm（微米）的颗粒悬浮物。 [4]人类开发新能源有太阳能、风能、地热能、核能等。 【典例3-2】阅读短文，回答问题。 海洋温差发电 海洋温差发电是利用海水的浅层与深层的温度不同，由涡轮机来驱动发电机工作的新型发电方式。海洋温差发电系统中，热能来源于海洋表面的温海水，利用温海水将循环系统中蒸发器内的低沸点流体蒸发产生蒸气，由蒸气去推动涡轮机发电，发电后的蒸气，可用温度较低的冷海水冷却，将之变回流体，利用泵将流体送回海洋表面，构成一个循环。当浅层海水与深层海水的温差在以上时，发电系统产生的电能大于消耗的电能，即产生净电力。题图是某海洋温差发电系统的原理图，其发电机的部分参数如下表。 额定发电总功率 额定发电总电压 线圈电阻 (1)某海域浅层和深层海水的温度分别为和，利用该海域的浅层和深层海水温差发电 （选填“能”或“不能”）产生净电力； (2)图示发电系统工作过程中，蒸发器中的工作物质通过 （选填“做功”或“热传递”）方式增大内能；涡轮机中的蒸气对涡轮机做功时，蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”）； (3)该发电机正常工作时的电流为 ，工作产生的总电能相当于完全燃烧 的煤放出的热量（煤的热值）。在 内线圈产生的热量为 。 【答案】 不能 热传递 减小 100 4.8 10000 【详解】(1)[1]由题意知，浅层海水与深层海水的温差在20℃以上时，产生净电力，而某海域的海水温差为 25℃-10℃=15℃<20℃ 所以利用该海域的浅层和深层海水温差发电不能产生净电力。 (2)[2]由图示知，高温海水将热量传递给蒸发器，从而让蒸发器内的液态氨汽化成气态氨，所以是通过热传递方式增大内能。 [3]涡轮机中的蒸气对涡轮机做，则其内能减小。 (3)[4]由表格数据知，该发电机正常工作时的电流 [5]该发电机工作1h产生的总电能 W=Pt=40kW×1h=40kW⋅h=40×3.6×106J=1.44×108J 据Q放=mq得，放出这些热量需要完全燃烧煤的质量 [6]在10s内线圈产生的热量 Q=I2Rt=(100A)2×0.1Ω×10s=10000J 【跟踪训练1】叉车是一种用于搬运、堆垛和短距离运输货物的工业车辆，是现代物流和工业生产中不可或缺的设备。如图所示，这是某工厂的电动叉车，电动叉车的轮胎与地面的总接触面积为。（g取10N/kg） (1)电动叉车的主要部件是电动机，其工作原理是 ； (2)若该工厂的厂房内地面能承受的压强不超过驾驶员和电动叉车的总质量为2.4t，求电动叉车在厂房内允许运载货物的最大质量 ； (3)电动叉车用时20s将质量为0.8t的货物竖直向上匀速提升40cm，则叉车对货物做功的功率是多少 ？ (4)请写出电动叉车相较于传统燃油叉车的一个优点 。 【答案】(1)见解析 (2) (3)160W (4)节能环保（效率高） 【详解】（1）电动机能够转动，是由于通电导线在磁场中会受到力的作用，将电能转化为机械能。 （2）受力面积：，电动叉车对地面的最大压力 电动叉车和货物所受的总重力等于对地面的压力 电动叉车和货物的最大质量 所载货物的最大质量 （3）电动叉车对货物做的功 电动叉车对货物做功的功率 （4）电动叉车不用燃烧化石燃料做功提供动力，没有尾气排放，所以节能环保。 【跟踪训练2】某油电混合动力汽车是一种新型节能汽车。这种油电混合动力汽车的内燃机工作时，给汽车提供动力的同时，也给动力蓄电池组充电。已知某型号油电混合动力汽车所用的动力蓄电池组储存的最大电能是，若该车以的速度匀速直线行驶了，行驶过程中所受阻力大小为，此过程中动力蓄电池组的电能也增加了最大电能的20%，内燃机共消耗燃油。（燃油的热值为，燃油的密度为）求： (1)燃油完全燃烧放出的热量为多少？ (2)牵引力做的功是多少？ (3)该油电混合动力汽车内燃机的效率是多少？ (4)从节能环保的角度，纯电动汽车与传统燃油汽车相比，有什么优点？ 【答案】(1)2.3×108J (2)7.2×107J (3)31.3％ (4)见解析 【详解】（1）由得，内燃机共消耗燃油质量为 燃油完全燃烧放出的热量为 （2）牵引力做的功是 （3）该油电混合动力汽车内燃机的效率是 （4）从节能环保的角度，纯电动汽车与传统燃油汽车相比，纯电动汽车排放的二氧化碳较少，对环境污染小；纯电动汽车消耗的能源较少，比较节能。 【能力培优练】 1．2025年5月11日21时27分，长征六号甲遥九运载火箭在太原卫星发射中心，将遥感四十号02组的三颗卫星送入了遥远的极地轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100% C．火箭的燃料选用液氢是因为液氢的热值小 D．火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同 【答案】D 【详解】A．热值是燃料本身的一种物理属性，它只与燃料的种类有关，与燃料质量、燃烧是否充分等无关，故A错误； B．热机工作时，燃料燃烧产生的内能一部分用来做有用功，另一部分会因机器散热、废气带走热量等而损失掉，所以热机效率总是小于100%，故B错误； C．火箭发射需要巨大的能量，因此需要选择热值大的燃料。液氢是目前已知热值最大的燃料之一，所以被选作火箭燃料，故C错误； D．火箭发射升空时，燃料燃烧将化学能转化为内能，高温高压的燃气向后喷出，推动火箭前进，是将内能转化为火箭的机械能。热机的做功冲程是高温高压气体推动活塞做功，将内能转化为机械能。二者的能量转化过程是相同的，故D正确。 故选D。 2．图为小明制作的简易热机模型：在易拉罐中装入适量水，瓶口密封并插一根吸管，吸管出口正对小风扇叶片。点燃易拉罐下方的蜡烛，罐内水受热后，水蒸气从吸管喷出，推动小风扇转动。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．罐内的水是通过做功的方式增大内能的 B．该过程中，水蒸气的内能转化为小风扇的机械能 C．蜡烛燃烧时，其热值会随剩余质量减少而变小 D．若尽可能减少热量散失，该热机模型的效率能达到100% 【答案】B 【详解】A．罐内的水吸收蜡烛燃烧放出的热量，温度升高，内能增大，故是通过热传递的方式增大内能的，故A错误； B．罐内水受热后，水蒸气从吸管喷出，推动小风扇转动，故该过程中，将水蒸气的内能转化为小风扇的机械能，故B正确； C．热值是燃料的一种特性，大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否燃烧等无关，故蜡烛燃烧时，质量减小，但热值不变，故C错误； D．因为加热过程中，不可避免地会有热量散失，并且废气也要带走一部分热量，故该热机模型的效率不可能达到100%，故D错误。 故选B。 3．2024年全国两会聚焦“新质生产力”，氢能崭露头角且发展强劲。在应用方面，燃料电池汽车是氢能主要应用场景，其中氢燃料电池堆更是关键，作为汽车“心脏”，其重要性不言而喻，直接影响着燃料电池汽车的性能与发展。关于氢能下列说法正确的是（　　） A．氢能属于新能源，同时也属于一次能源 B．燃料的热值越大，汽车发动机的效率一定越高 C．氢燃料发动机能将化学能全部转化为机械能 D．氢能发动机使用的燃料为氢，主要原因是氢具有较大的热值 【答案】D 【详解】A．氢能虽然属于新能源，但它在自然界中并不大量直接存在可用的“氢燃料”，通常需要通过电解水、重整化石燃料等方式制取，因此它属于二次能源，而不是一次能源，故A错误； B．汽车发动机的效率与发动机的设计、燃烧过程、能量转换损失等因素有关，热值大不一定效率就高，故B错误； C．任何热机都不可能将化学能100%转化为机械能，总会有热损失和其他损失，故C错误； D．氢气的热值非常高，与质量相等的其他燃料相比，完全燃烧会放出更多的热量，这是氢作为燃料的一个重要优势，故D正确。 故选D​ 。 4．人类的发展离不开能源，实现“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。同学们对能源的有关问题进行了讨论，下列说法正确的是（   ） A．太阳能电池可以将电能转化为太阳能 B．目前，核电站利用核聚变释放的核能发电 C．煤、石油、天然气、地热能是可再生能源 D．电动汽车替代燃油汽车，会减少碳的排放 【答案】D 【详解】A．太阳能电池通过光电效应将太阳能直接转化为电能，故A错误； B．核电站目前利用的是核裂变（如铀核裂变）释放能量，而核聚变（如氢核聚变）尚未实现可控商用，故B错误； C．煤、石油、天然气是化石燃料，属于不可再生能源；地热能是可再生能源，故C错误； D．电动汽车消耗电能（若电能来自清洁能源），替代燃油车可减少汽油燃烧产生的二氧化碳排放，有助于“碳达峰、碳中和”，故D正确。 故选D。 5．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。 6．完全燃烧酒精释放的热量为 J，这些热量用来加热水，使水温度升高，则该加热过程的效率为 。[，] 【答案】 20% 【详解】[1]完全燃烧0.028kg酒精放出的热量为 [2]水吸收的热量为 则该加热过程中的效率为 7．我国最新建成的“华龙一号”核电站正式投入商业运行。它采用了先进的第三代核电技术，兼顾了安全性与经济性。目前核电站是通过核 （选填“裂变”或“聚变”）的方式释放能量，核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现“ 中和”目标。 【答案】 裂变 不可再生 碳 【详解】[1]核裂变是指重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程，在这个过程中会释放出大量的能量；而核聚变目前还主要处于研究阶段，尚未大规模应用于核电站。目前，核电站是通过核裂变的方式释放能量的。 [2]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，如太阳能、风能、水能等；核原料是矿产资源，一旦被使用，在短时间内无法从自然界得到补充，所以核原料属于不可再生能源。 [3]核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现“碳”中和目标。“碳”中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。 8．《中国制造2025》提出：坚持清洁低碳导向，加快能源绿色低碳转型，提高清洁能源和非化石能源消费比重。在煤、石油、风能三种能源中，属于清洁能源的是 ；为核电站提供能量的装置是核反应堆，在核反应堆中发生的是 （选填“核裂变”或“核聚变”）。 【答案】 风能 核裂变 【详解】[1]煤、石油是化石能源，在使用过程对大气造成污染不属于清洁能源，风能在使用过程对自然界没有污染，属于清洁能源。 [2]核反应堆是通过重核裂变时放出热量来工作的，所以核燃料在核反应堆中发生的是核裂变反应。 9．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。 10．新能源类： (1)如图所示风力发电机靠叶片在风力的推动下转动，带动发电机发电，把风能转化为电能，这种发电机的工作原理是 ；电能是 （选填“一次能源”或“二次能源”），它可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量转化具有 性。 (2)国家“光伏扶贫”项目中的太阳能发电系统中，白天太阳能电池板发电，向电网提供电能。中午时段，太阳能电池板的输出电压为500V，输出电流为20A，10h可以为电网提供电能 kW·h；这些电能可供额定功率为2000W的热水器正常工作 h。 (3)“氢气的低温制备和存储”入选中国十大科技。氢气可以通过电解水制取。用氢气做燃料，完全燃烧过程中，其燃烧产物是水和少量的氮氧化物，氢气放出的热量是汽油放出的热量的3倍。氢气属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。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能量转化是 。 【答案】(1) 电磁感应 二次能源 方向 (2) 100 50 (3) 可再生 内能转化为机械能 【详解】（1）[1]风力发电是将风能即机械能通过电磁感应现象转化为电能，所以这种发电机的工作原理是电磁感应。 [2]电能需要消耗其它形式的能才能转化为电能，故电能属于二次能源。 [3]能量在转化或转移的过程中，其总量保持不变。电能可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量的转化具有方向性。 （2）[1]太阳能电池板的输出电压为500V，输出电流为20A，10h可以为电网提供电能为 [2]这些电能可供额定功率为2000W的热水器正常工作的时间为 （3）[1]自然界含有丰富的氢，氢大都以化合物的形式存在，人们可以通过电解把水分解成氢气和氧气，可见氢气可从自然界源源不断得到补充，属于可再生能源。 [2]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，这种车在开车时空气膨胀做功将空气的内能转化为车的机械能。 11．阅读短文，回答问题。 人造太阳 目前全球各国科学家都在集中力量，寻求可控核聚变反应的技术突破，一旦实现，那人类的历史将会彻底改写．实现核聚变反应，必须将核聚变燃料加热至极高温度并予以有效约束。核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束。太阳就是典型的引力约束核聚变；氢弹则是一种惯性约束核聚变，是不可控制的热核聚变反应；磁约束核聚变是目前实现核聚变发电最有效的途径。中国环流器二号M装置（俗称“人造太阳”）是中国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，标志着我国核聚变堆的自主设计与建设跃上新台阶。 目前化石能源有枯竭的危险，还存在一定的环境染，而“人造太阳”核聚变反应所需的原材料在地球上几乎取之不尽、用之不竭，生成物也没有危害，被认为是理想的“终极能源”。“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温在1米内共存，上万个零部件，有一点点瑕疵，实验可能就会失败。“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，常规材料无法承受这么高的温度，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。上亿摄氏度的一团火球，碰到什么烧什么。“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。我国科学家从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的精神，托起“人造太阳”的“核心超级材料”，这是一个巨大的技术跨越，把人类对核聚变能源的研究推向一个新高度。 (1)根据你所学过的知识可知，卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是 。 (2)目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是（　　） A．无法消除核聚变产生的核污染 B．无法实现核聚变反应 C．无法控制核聚变反应的速度 (3)该短文中提到的“化石能源”，种类有很多，请你写出其中利用广泛的例子之一： 。 (4)“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压，还应具有 的特点。 (5)实现“超强磁场”与“超大电流”并行，最理想的导体材料是 。 (6)核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和 约束。目前人类利用最多的核聚变能量来自 核聚变方式。 (7)核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】(1)原子核 (2)C (3)煤 (4)耐高温 (5)超导体 (6) 磁 引力约束 (7)不可再生 【详解】（1）原子是由原子核和核外电子组成，原子核体积很小，质量大，卢瑟福提出，“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是原子核； （2）目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是无法控制核聚变反应的速度，故选C。 （3）化石能源是在短时间内不能形成的能源，煤、石油和天然气均属于化石能源。 （4）“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温1米内共存，所以腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压外，还应具有耐高温的特点。 （5）要实现超强磁场与超大电流，同时减少能量损耗，最理想的材料是电阻为零的超导体。题干中提到的超低温（零下269摄氏度）也为超导现象的实现提供了条件。 （6）[1][2]由材料可知，核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束；根据题中信息，产生太阳能的引力约束聚变方式是目前人类利用最多的核聚变能量。 （7）因为核能会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，所以核能属于不可再生能源。 12．请阅读《风能及其利用》回答问题。 风能及其利用 我国风能资源丰富，立轴大风车及其驱动的龙骨水车（广泛应用不晚于12世纪）是体型巨大，结构复杂的风力提水机械，曾应用于农田灌溉和制盐生产（图2为现代仿制立轴大风车及龙骨水车）。立轴大风车最为特别之处在于风帆的自动调节功能，它巧妙地借助了中国式船帆的结构与操控方式，当风帆转到顺风一边，它自动与风向垂直，受风面积最大：当风帆转到逆风一边时，就自动与风向平行，所受阻力最小。风帆升起后，不论风向如何，风车可以接受360度任何方向的来风，使风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，操控运行便捷，灵活。 风能是可再生、无污染的清洁能源。在当今能源短缺情况下，开发风力发电满足能源需求得到重视（图3为风力发电机）。 风力发电是通过一定的装置，将风能转变成机械能，再将机械能转变为电能。如图3所示为某风力发电机结构示意图，它的原理是利用风力带动风车的旋转器（叶片）旋转，再通过增速机将旋转速度提升到发电机的额定转速，又通过调速机构使其转速保持稳定，然后连接到发电机上发电，发电机利用电磁铁将动能转化为电能。 依据目前的风力发电技术，大约3m/s的微风速度即开始发电。我国的风力资源极为丰富，许多地区的平均风速都在3m/s以上，特别是东北、西北、西南地区和沿海岛屿，平均风速更大，适宜发展风力发电。风力发电的优点很多；清洁，环境效益好；可再生，永不枯竭：基建周期短：装机规模灵活。但也有一些不可回避的问题，如噪声大，占用土地多，不稳定不可控，影响鸟类生存等。    （1）立轴风车及其驱动的龙骨水车风力提水机械工作过程中，风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，该过程中，风能转化成了水的 ； （2）风力发电机的工作原理是电磁感应，即：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，小型风力发电机的磁场是由永磁体提供的，而大型风力发电机中的磁场则是由 提供的： （3）风力发电的缺点是 【答案】 机械能 电磁铁 噪声大，占用土地多 【详解】（1）[1]风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，是风使风帆转动，将水向上提，水的重力势能增大，而动能和势能统称为机械能，故将风能转化为水的机械能。 （2）[2]小型发电机、电动机内部的磁场都是由永磁铁提供，但大型电动机、发电机对磁场的要求更高，一般采用电磁铁提供磁场。 （3）[3]根据材料信息可以得出，风力发电的缺点主要是：噪声大，占用土地多，不稳定，不可控，影响鸟类生存等。 【链接中考】 1．（2024·江苏苏州·中考真题）我国大力发展绿色清洁能源，减少碳排放保护环境，以下属于碳排放限制的是（　　） A．火力发电 B．水力发电 C．风力发电 D．光伏发电 【答案】A 【详解】A．火力发电主要利用煤、石油、天然气等化石燃料燃烧时产生的热能来发电，会排放大量的二氧化碳，故A符合题意； B．水力发电是利用水的动能和势能来发电，不会排放二氧化碳，故B不符合题意； C．风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，不会排放二氧化碳，故C不符合题意； D．光伏发电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的一种技术，不会排放二氧化碳，故D不符合题意。 故选A。 2．（2025·江苏南通·二模）关于能源、信息传输，下列说法正确的是（　　） A．北斗卫星定位系统的信息传递过程所利用的载体是电磁波 B．煤、核能、地热能均属于不可再生能源 C．由于能量在转移与转化时是守恒的，所以我们不需要节约能源 D．太阳是人类的“能源之母”，风能、潮汐能等能源都间接来自太阳能 【答案】A 【详解】A．北斗卫星定位系统是通过卫星来传递信息的，而电磁波可以在真空中传播，且传播速度快，能够满足卫星与地面之间信息传递的需求。所以北斗卫星定位系统的信息传递过程所利用的载体是电磁波，故A正确； B．不可再生能源是指在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少总有枯竭一天的能源；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。 煤是经过漫长的地质年代形成的，属于不可再生能源；核能所利用的核燃料在地球上的储量是有限的，属于不可再生能源；地热能是来自地球内部的热能，它可以源源不断地从地球内部获取，属于可再生能源，故B错误； C．虽然能量在转移与转化时是守恒的，但能量的转化和转移具有方向性。例如，煤炭燃烧时，化学能转化为内能，这些内能不可能自发地再转化为煤炭的化学能。而且在能量的利用过程中，会有一部分能量转化为不能被我们利用的形式，所以我们需要节约能源，故C错误； D．太阳是人类的“能源之母”，风能是由于太阳照射地球表面，使不同地区的空气受热不均匀，从而形成空气流动产生的，所以风能间接来自太阳能；而潮汐能是由于月球和太阳对地球的引力作用引起的海水涨落所具有的能量，它与太阳能无关，故D错误。 故选A。 3.（2025·江苏扬州·一模）能源是人类生存和发展的重要物质基础，下列能源中应该大力开发利用的是的（    ） A．煤 B．石油 C．太阳能 D．天然气 【答案】C 【详解】大力开发利用的应是清洁能源。 A．煤在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，故不属于清洁能源； B．石油在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、烟尘等空气污染物，故不属于清洁能源； C．太阳能在使用时，不会对环境造成污染，故属于清洁能源； D．天然气作为气体燃料，虽然比较洁净，但燃烧时也产生一些空气污染物，故不属于清洁能源； 综上所述，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 4．（2024·江苏连云港·一模）阅读短文，回答问题。 地球温室效应 地球周围的大气中含有大量的水汽和二氧化碳，水汽和二氧化碳对热辐射的吸收具有选择性，其对长波辐射吸收性强，对短波辐射吸收性弱。如图所示，太阳发出的热辐射线大部分能透过大气到达地面，但地表受热后向外放出的大量热辐射线却被大气吸收和反射，这样就使地表与低层大气保温作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。 自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列极其严重问题，引起了全世界各国的关注。 (1)温室效应带来的危害有 （至少列举1个）； (2)太阳辐射主要的是 （选填“短”或“长”）波辐射； (3)减少温室效应带来的危害的措施有 。（至少写出1条）。 【答案】(1)海平面上升 (2)短 (3)开发利用无污染的新能源 【详解】（1）“温室效应”带来的影响会有：气候反常、地球上的病虫害和传染疾病增加、海平面上升和土地干旱等多方面危害。 （2）由题意知，地球周围的大气中含有大量的水汽和二氧化碳，水汽和二氧化碳对热辐射的吸收具有选择性，其对长波辐射吸收性强，对短波辐射吸收性弱。而太阳发出的热辐射线大部分能透过大气到达地面，因此太阳辐射主要是短波辐射。 （3）为了减小温室效应，应减小二氧化碳的排放，因此我们可以采取的措施：大力植树造林，开发利用无污染的新能源。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 四、能源与可持续发展 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能源消耗对环境的影响 1 题型2 能源与可持续发展 5 题型3 能源危机及解决方案 9 【能力培优练】 13 【链接中考】 18 【重难题型讲解】 题型1 能源消耗对环境的影响 1. 化石能源使用带来的主要环境问题 化石能源（煤、石油、天然气）的大规模使用，在推动社会发展的同时，也带来了严重的环境问题。 环境问题 产生原因 危害 相关能源 温室效应 燃烧化石燃料排放大量CO₂ 全球变暖、海平面上升、极端气候 煤、石油、天然气 酸雨 排放SO₂和氮氧化物 酸化土壤和水体，腐蚀建筑物 煤（含硫）、石油 空气污染 排放粉尘、有害气体 危害人体健康，形成雾霾 煤、石油 水体污染 开采运输过程中的泄漏 污染水源，危害水生物 石油 生态破坏 开采过程中的土地破坏 植被破坏，水土流失 煤（露天开采） 热污染 发电厂冷却水排放 影响水域生态平衡 火电站、核电站 2. 其他能源的环境影响 能源类型 主要环境影响 核能 核废料处理、核泄漏风险、热污染 水能 淹没土地、生态破坏、移民问题、影响鱼类洄游 风能 噪声污染、影响鸟类、视觉景观影响 太阳能 电池生产过程中的污染、废弃处理、占地问题 生物质能 燃烧仍有污染、可能影响粮食安全 【注意】环境问题的全球化：环境问题没有国界。一个国家排放的CO₂会导致全球变暖，一个国家排放的SO₂可能通过大气环流影响邻国。因此环境治理需要国际合作。 清洁能源≠零污染：清洁能源（如太阳能、风能）在使用过程中污染很小，但在设备制造（如太阳能电池生产）和废弃处理过程中也可能产生污染。 【典例1-1】在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区。纯净天然气是无色无味的气体，使用前通常在天然气中加入有特殊气味的气体，以便泄漏时能及时察觉到。人能闻到这种气味，说明 。天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是 ；从环保角度分析它突出的优点是 （天然气、煤的热值分别为1.14×108J/kg、3×107J/kg） 【跟踪训练1】在我国提出“碳达峰，碳中和”的双碳目标下，如图所示为燃煤电厂氮氧化物排放标准的变化情况。关于此图及相关背景知识的分析，说法正确的是（    ） A．燃煤电厂是利用了电动机生产电能 B．氮氧化物的排放不会造成酸雨污染 C．继续使用燃煤就不能实现双碳目标 D．提升排放标准助推了绿色能源利用 【跟踪训练2】旅游的路上，小明同学看到了路旁的一台台风力发电机，于是对风力发电产生了兴趣，回家后对风力发电机进行了调查。如图为单台风力发电机输出功率P与风速v的关系，它的年发电量为300万度。 (1)当风速为13m/s时， 发电机1小时的发电量为多少kW·h？ (2)如果火电站的发电效率为36%，要获得与这台风力发电机相同的年发电量，需要多少吨煤？（煤的热值为3.0×107J/kg） (3)结合实践说明风力发电的优缺点 （各写一条）。 【典例1-2】阅读短文，回答问题 未来是电动汽车的时代 目前研究开发中电动车有两类具有实际应用前景，一是太阳能电动车，二是立足于氢能基础上的燃料电池汽车。前者将太阳能转化为电能，能源来源无限且无污染。后者以氢为燃料，通过化学反应产生电流并排出水，能实现可循环利用和零排放。下图是一辆设计中的太阳能汽车动力部分的电路简图。设阳光在1小时内辐射到车上太阳能电池的光能接受板上的平均值为3.6×107J。行驶时，可通过改变滑动变阻器的电阻来调节电动机转速从而改变汽车行驶速度。当滑动变阻器滑片在最左端时，汽车的行驶速度最大，此时电压表示数为180V，电流表示数为15A。（电池、电动机电阻不变） （1）汽车以最大速度行驶时电动机每分钟消耗的电能是多少？ （2）当滑片向右移至某一位置时，汽车的行驶速度小于最大速度。此时电压表示数为150V，电流表示数为10A，则此时滑动变阻器接入电路的电阻大小是多少 ？每小时电动机消耗的电能与滑动变阻器消耗的电能之比是多少？ （3）以汽油为燃料的汽油车对环境会造成污染，请提出城市治理汽车污染的一条合理化建议： ； （4）目前人们乱扔废旧电池的现象非常普遍。请你针对这种现象，给有关部门提出一条合理建议： ； （5）就目前的情况看，氢气作燃料的汽车要投入使用前，你认为还要研究解决的问题有哪些： 。 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题 可持续航空燃料 航空业每年产生的二氧化碳排放占全球总量的2～3％，根据预测，2022年至2050年间航空业的排放量将达到39千兆吨。电动汽车在陆地交通中的使用正迅速增加，但航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要更高能量密度的燃料。此外，更换飞机的高成本意味着现有机队将继续运营数十年，而且电动或氢燃料飞机可能在任何情况下都无法用于长途飞行。 目前，出现了一种无需对现有航空基础设施和设备进行大规模改变的解决方案：可持续航空燃料（SAF），它由生物（例如生物质）和非生物（例如二氧化碳）资源生产。结合其他减碳策略，包括系统范围的运营效率、新技术和碳抵消，SAF应该可以使航空业在未来几十年内实现净零碳排放。 越来越多的航空公司承诺使用SAF，这一趋势将通过全球努力加速，例如世界经济论坛的“清洁明天蓝天计划”和“先行者联盟”。利用可再生能源从生物原料中生产SAF的能力正在稳步增加，将世界更近地推向净零航空。 (1)航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要 。 (2)为实现净零航空，短途飞行可用电动或 燃料飞机。 (3)SAF是指 ，它由生物和非生物资源生产。目前，现有的减碳策略有： 。 【跟踪训练2】阅读材料，回答下列问题。 热辐射是一种电磁辐射，其波长范围广泛，从红外线到可见光再到紫外线都有。太阳向地球传递热量、地球表面向太空散发热量的方式都是热辐射。 温室效应是一种地球大气层中某些气体对太阳辐射的选择性吸收和再辐射（热辐射）的现象，使地球表面温度升高。温室效应的原理是：太阳辐射中的短波辐射（可见光、紫外线等）可以较容易地穿透大气层到达地表，而地表吸收后再辐射为长波辐射（红外线）时，部分长波辐射会被大气中的温室气体（如水蒸气、二氧化碳等）吸收并再辐射回地面，使得地表温度升高。 温室效应是自然界中的一个重要现象，它使地球上的生物得以生存。然而，由于人类活动导致大气中温室气体的增加，如燃烧化石燃料、森林砍伐等，加剧了温室效应的程度，造成了全球变暖的问题。 全球变暖会引起气候变化、海平面上升等一系列问题，对生态环境和人类社会产生重大影响。因此，减少温室气体的排放，降低全球变暖对地球的影响，是当今社会亟需解决的问题之一。 (1)太阳主要是通过 的方式将能量输送到地面的。 (2)地球上的海水吸收来自太阳的热量，内能 ，海水蒸发加快，这个过程为海水的 （填物态变化）过程。 (3)除文中提到的方法外，请写出一条减缓全球气候变暖的方法 。 题型2 能源与可持续发展 1. 可持续发展的概念 可持续发展是指“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”。它强调经济、社会、环境的协调发展。 三个维度 含义 经济可持续 保持经济增长，提高人民生活水平 社会可持续 促进社会公平，保障基本需求 环境可持续 保护生态环境，合理利用资源 2.能源可持续发展的途径 实现能源可持续发展，需要从以下几个方面努力： 途径 具体措施 意义 节约能源 提高能源利用率，减少浪费 延长化石能源使用时间，减少污染 开发可再生能源 大力发展太阳能、风能、水能、生物质能等 替代化石能源，实现永续利用 发展新能源 核能、氢能、可燃冰等 拓展能源来源，优化能源结构 清洁利用化石能源 洁净煤技术、碳捕集与封存 减少污染，实现清洁发展 能源结构多元化 多种能源互补，降低单一能源依赖 提高能源安全，减少风险 碳中和的含义：碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。 碳达峰的含义：碳达峰是指二氧化碳排放量达到历史最高值后开始进入下降阶段。 能源转型的挑战：从化石能源为主向可再生能源为主转型，面临技术、经济、社会等多方面的挑战，是一个长期的过程。 没有“完美”的能源：每种能源都有其优点和缺点。太阳能清洁但不稳定，核能稳定但有安全风险，水能可再生但有生态影响。因此需要根据实际情况合理选择。 【典例2-1】与世界能源结构相比，我国的能源结构存在不足，如下列图片所示。以下措施有利于优化我国能源结构的是（　　） A．继续发挥产煤大国的优势 B．减小石油和天然气的比重 C．严控核能、水能的开发 D．加大可再生能源的开发和利用力度 【跟踪训练1】第41届世博会上为了体现“城市，让生活更美好”的世博会主题精神，某校同学提出下列环保建议，其中你认为可行的是（　　） ①开发新能源，减少化石燃料的燃烧； ②提倡使用一次性发泡塑料餐具和塑料袋； ③开发生产无汞电池； ④提倡使用手帕，减少餐巾纸的使用； ⑤分类回收垃圾。 A．①③④ B．①③④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④⑤ 【跟踪训练2】《2050年世界与中国能源展望》中提出，全球能源结构正在向多元、清洁、低碳转变。下图是不同年份中世界能源占比结构图，请回答下列问题： （1）比较2015、2030、2050年能源结构。化石能源占比日益减少的是 ； （2）天然气是比较清洁的能源，其主要成分燃烧的化学方程式为 ； （3）人们正在利用和开发的新能源有 （写一种）； （4）减少CO2排放已成为全球共识。下列做法符合低碳理念的是 （填字母）。 A．随手关灯    B．节约用纸    C．多使用一次性木筷 【典例2-2】阅读材料，回答问题。 新能源汽车的崛起 常见的车辆能源类型有汽油、柴油、油电混动、纯电动等。目前我国民用汽车保有量约为2.6亿辆，传统燃油车仍然占据大部分市场，但近两年，新能源汽车在我国汽车市场占有率有显著提升。传统燃油车的动力机械是内燃机，通过燃料在汽缸内燃烧，向车轮输出能量。 油电混动汽车全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量；当车辆快速行驶或蓄电池储存电能过低时，只有内燃机工作，既向车轮输出能量，又给蓄电池充电，从而提高能量利用率（能量利用率指有效利用能量占全部能量的百分比）。某次测试人员驾驶一辆油电混动汽车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶2h，消耗燃油10kg，行驶时汽车所受阻力为2000N。此过程中，蓄电池储存的能量由满电的30%增大至满电的70%。其蓄电池参数如表格所示。 纯电动汽车是指完全由蓄电池提供动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。目前，电动汽车的充电方式一般分为慢充、快充和换电，利用快速充电桩可以在1小时左右将一部家用小轿车的电从零充到满。 蓄电池参数 电压/V 500 容量/A·h 50 (1)某传统燃油车的内燃机是一台四冲程汽油机，如图所示是汽油机的 冲程；若飞轮转速是3000r/min，则每秒对外做功 次。 (2)利用充电桩对蓄电池充电时，蓄电池可以看作 （选填“电源”或“用电器”）。 (3)根据表格提供的参数可知该蓄电池充满电后储存的电能为 J，该油电混动汽车在测试过程中的能量利用率为 （燃油热值）。 (4)请你说出一条新能源汽车的优点： 。 【跟踪训练1】请根据上述阅读材料，回答下列问题： 垃圾分类与垃圾处理 北京市每天产生将近2.6万吨的生活垃圾，如果处理不当，不仅会污染环境，还浪费资源，垃圾分类和科学处理尤为重要。北京目前采取的垃圾分类方法为“四分法”，将垃圾分为有害垃圾、可回收物、厨余垃圾、其他垃圾。报纸、镜子、饮料瓶、易拉罐、旧衣服、电子废弃物等可循环利用的垃圾属于可回收物，放入蓝色垃圾桶，由再生资源企业回收利用；菜叶菜帮、剩饭剩菜、植物等由厨房产生的垃圾属于厨余垃圾，放入绿色垃圾桶：保鲜膜、塑料袋、纸巾、大骨头、玉米核等属于其他垃圾，放入灰色垃圾桶；废灯管、水银温度计、过期药品、油漆、化妆品等对身体和环境有害的属于有害垃圾，放入红色垃圾桶，需用特殊方法安全处理。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，如图4所示，应投入“其他垃圾”中。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。对回收后的部分垃圾进行卫生填埋、高温堆肥等处理，并把适于燃烧的生活垃圾送至焚烧厂。北京鲁家山垃圾焚烧发电厂日处理垃圾3000吨。由于我市生活垃圾含水量较大，每充分燃烧1千克的生活垃圾放出的热量大约为焦，在这里先将垃圾经专业自然发酵析出垃圾中的部分水量以提高热值，然后将发酵后的垃圾投入高达850~1100℃的焚烧炉内进行高温焚烧。荧烧垃圾产生的内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1吨垃圾可产生的电能大约为焦。焚烧垃圾时产生的余热，还可以在厂内加热供暖管道，转换成热水，送往附近的居民楼为小区供暖。垃圾焚烧后产生的炉渣，约占焚烧前垃圾重量的五分之一，可用于制备生态建材等产品。垃圾焚烧后产生的内能可用于发电供热，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)废弃的“南孚1号”干电池属于______垃圾； A．有害垃圾 B．可回收物 C．厨余垃圾 D．其他垃圾 (2)我市适于焚烧的生活垃圾的热值约为 J/kg； (3)用垃圾焚烧发电，发电效率大约为 %；（结果保留整数） (4)请简要说明利用焚烧垃圾放出的热发电过程中涉及的能量转化______。 A．化学能转化为内能 B．机械能转化为化学能 C．机械能转化为电能 D．内能转化为机械能 【跟踪训练2】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） 题型3 能源危机及解决方案 1. 世界能源消耗趋势 随着世界人口的不断增加和经济的高速发展，人类对能源的需求日益增长。尤其是20世纪以来，能源消耗量呈快速增长趋势。 2. 化石能源的储量危机 化石能源是不可再生能源，其储量是有限的。按照目前的消耗速度，它们将在不久的将来面临枯竭。 能源 预计可开采年限 说明 石油 约40-50年 随着新油田发现，年限可能延长 天然气 约50-60年 页岩气开发增加了可采储量 煤 约200年 相对丰富，但开采和使用污染严重 【注意】①这些数据是动态变化的，随着技术进步和新资源发现，可开采年限可能延长。 ②即使储量充足，化石能源的品质也在下降（如高品位的优质煤越来越少）。 ③化石能源的形成需要数百万年，对人类而言是不可再生的。 ④能源危机不是“能源总量”的危机，而是高品质、低成本、易开采的能源日益减少的危机。地球上的能量总量（包括内能）几乎是无限的，但可供人类高效利用的能源是有限的。 3. 解决能源危机的方案 方案 具体措施 意义和挑战 节能优先 提高能源利用率，减少浪费，淘汰高耗能产业 见效快，成本低，潜力巨大 开发可再生能源 大力发展太阳能、风能、水能、生物质能 取之不尽，但受自然条件限制 发展核能 建设核电站，研发第四代核电技术 能量密度高，但安全要求高 开发新能源 氢能、可燃冰、核聚变等 潜力巨大，但技术尚未成熟 能源结构优化 降低化石能源比例，实现多元化 提高能源安全，减少风险 储能技术突破 发展电池储能、抽水蓄能、氢储能 解决可再生能源波动性问题 国际合作 共同开发资源，共享技术成果 应对全球性挑战的必要途径 ★特别提醒 化石能源有着“双重角色”：化石能源不仅是燃料，还是重要的化工原料（如塑料、化肥、医药等）。将它们作为燃料烧掉，实际上是资源浪费。 储能技术是关键：可再生能源（太阳能、风能）的波动性需要通过储能技术（抽水蓄能、电池储能、氢储能等）来解决，储能是未来能源发展的重要方向。 能源系统面临安全可靠、清洁低碳、经济可行三个目标的权衡，很难同时完美实现，需要根据国情和发展阶段做出选择。 【典例3-1】“绿水青山，就是金山银山”，党的十九大报告提出，着力解决环境问题，加大生态系统的保护，下列说法正确的是（　　） A．目前的核电站是利用核聚变释放的核能工作的 B．原子弹和氢弹都是利用核裂变 C．煤、石油、天然气都是不可再生能源 D．能量在转化过程中是守恒的，所以能源是“取之不尽，用之不竭”的 【跟踪训练1】伴随着新能源汽车的兴起，增程式电动汽车解决了纯电动车无法解决的里程焦虑。在电池电量充足时，电池驱动电机，发动机不参与工作。当电池电量消耗到一定程度时，发动机启动，发动机为电池提供能量对电池进行充电。有关能量转化和新型能源的知识分析不正确的是（　　）    A．汽车行驶时电池驱动电机，将电能主要转化为机械能 B．发动机启动时，消耗的汽油燃料与核燃料都属于清洁能源 C．核电站利用核裂变时释放的能量发电 D．不断开发新型能源可以有效地缓解能源危机 【跟踪训练2】洒水车行驶在平直柏油路上，当它洒水时摩擦力 ，柴油机工作的四冲程中，使洒水车获得动力的是 冲程。汽车的尾气是PM2.5的主要来源，它是指大气中直径小于等于2.5 的颗粒悬浮物。为了减少污染，人类需要开发新能源，如 （填一种即可）。 【典例3-2】阅读短文，回答问题。 海洋温差发电 海洋温差发电是利用海水的浅层与深层的温度不同，由涡轮机来驱动发电机工作的新型发电方式。海洋温差发电系统中，热能来源于海洋表面的温海水，利用温海水将循环系统中蒸发器内的低沸点流体蒸发产生蒸气，由蒸气去推动涡轮机发电，发电后的蒸气，可用温度较低的冷海水冷却，将之变回流体，利用泵将流体送回海洋表面，构成一个循环。当浅层海水与深层海水的温差在以上时，发电系统产生的电能大于消耗的电能，即产生净电力。题图是某海洋温差发电系统的原理图，其发电机的部分参数如下表。 额定发电总功率 额定发电总电压 线圈电阻 (1)某海域浅层和深层海水的温度分别为和，利用该海域的浅层和深层海水温差发电 （选填“能”或“不能”）产生净电力； (2)图示发电系统工作过程中，蒸发器中的工作物质通过 （选填“做功”或“热传递”）方式增大内能；涡轮机中的蒸气对涡轮机做功时，蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”）； (3)该发电机正常工作时的电流为 ，工作产生的总电能相当于完全燃烧 的煤放出的热量（煤的热值）。在 内线圈产生的热量为 。 【跟踪训练1】叉车是一种用于搬运、堆垛和短距离运输货物的工业车辆，是现代物流和工业生产中不可或缺的设备。如图所示，这是某工厂的电动叉车，电动叉车的轮胎与地面的总接触面积为。（g取10N/kg） (1)电动叉车的主要部件是电动机，其工作原理是 ； (2)若该工厂的厂房内地面能承受的压强不超过驾驶员和电动叉车的总质量为2.4t，求电动叉车在厂房内允许运载货物的最大质量 ； (3)电动叉车用时20s将质量为0.8t的货物竖直向上匀速提升40cm，则叉车对货物做功的功率是多少 ？ (4)请写出电动叉车相较于传统燃油叉车的一个优点 。 【跟踪训练2】某油电混合动力汽车是一种新型节能汽车。这种油电混合动力汽车的内燃机工作时，给汽车提供动力的同时，也给动力蓄电池组充电。已知某型号油电混合动力汽车所用的动力蓄电池组储存的最大电能是，若该车以的速度匀速直线行驶了，行驶过程中所受阻力大小为，此过程中动力蓄电池组的电能也增加了最大电能的20%，内燃机共消耗燃油。（燃油的热值为，燃油的密度为）求： (1)燃油完全燃烧放出的热量为多少？ (2)牵引力做的功是多少？ (3)该油电混合动力汽车内燃机的效率是多少？ (4)从节能环保的角度，纯电动汽车与传统燃油汽车相比，有什么优点？ 【能力培优练】 1．2025年5月11日21时27分，长征六号甲遥九运载火箭在太原卫星发射中心，将遥感四十号02组的三颗卫星送入了遥远的极地轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100% C．火箭的燃料选用液氢是因为液氢的热值小 D．火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同 2．图为小明制作的简易热机模型：在易拉罐中装入适量水，瓶口密封并插一根吸管，吸管出口正对小风扇叶片。点燃易拉罐下方的蜡烛，罐内水受热后，水蒸气从吸管喷出，推动小风扇转动。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．罐内的水是通过做功的方式增大内能的 B．该过程中，水蒸气的内能转化为小风扇的机械能 C．蜡烛燃烧时，其热值会随剩余质量减少而变小 D．若尽可能减少热量散失，该热机模型的效率能达到100% 3．2024年全国两会聚焦“新质生产力”，氢能崭露头角且发展强劲。在应用方面，燃料电池汽车是氢能主要应用场景，其中氢燃料电池堆更是关键，作为汽车“心脏”，其重要性不言而喻，直接影响着燃料电池汽车的性能与发展。关于氢能下列说法正确的是（　　） A．氢能属于新能源，同时也属于一次能源 B．燃料的热值越大，汽车发动机的效率一定越高 C．氢燃料发动机能将化学能全部转化为机械能 D．氢能发动机使用的燃料为氢，主要原因是氢具有较大的热值 4．人类的发展离不开能源，实现“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。同学们对能源的有关问题进行了讨论，下列说法正确的是（   ） A．太阳能电池可以将电能转化为太阳能 B．目前，核电站利用核聚变释放的核能发电 C．煤、石油、天然气、地热能是可再生能源 D．电动汽车替代燃油汽车，会减少碳的排放 5．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 6．完全燃烧酒精释放的热量为 J，这些热量用来加热水，使水温度升高，则该加热过程的效率为 。[，] 7．我国最新建成的“华龙一号”核电站正式投入商业运行。它采用了先进的第三代核电技术，兼顾了安全性与经济性。目前核电站是通过核 （选填“裂变”或“聚变”）的方式释放能量，核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现“ 中和”目标。 8．《中国制造2025》提出：坚持清洁低碳导向，加快能源绿色低碳转型，提高清洁能源和非化石能源消费比重。在煤、石油、风能三种能源中，属于清洁能源的是 ；为核电站提供能量的装置是核反应堆，在核反应堆中发生的是 （选填“核裂变”或“核聚变”）。 9．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。 10．新能源类： (1)如图所示风力发电机靠叶片在风力的推动下转动，带动发电机发电，把风能转化为电能，这种发电机的工作原理是 ；电能是 （选填“一次能源”或“二次能源”），它可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量转化具有 性。 (2)国家“光伏扶贫”项目中的太阳能发电系统中，白天太阳能电池板发电，向电网提供电能。中午时段，太阳能电池板的输出电压为500V，输出电流为20A，10h可以为电网提供电能 kW·h；这些电能可供额定功率为2000W的热水器正常工作 h。 (3)“氢气的低温制备和存储”入选中国十大科技。氢气可以通过电解水制取。用氢气做燃料，完全燃烧过程中，其燃烧产物是水和少量的氮氧化物，氢气放出的热量是汽油放出的热量的3倍。氢气属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。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能量转化是 。 11．阅读短文，回答问题。 人造太阳 目前全球各国科学家都在集中力量，寻求可控核聚变反应的技术突破，一旦实现，那人类的历史将会彻底改写．实现核聚变反应，必须将核聚变燃料加热至极高温度并予以有效约束。核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束。太阳就是典型的引力约束核聚变；氢弹则是一种惯性约束核聚变，是不可控制的热核聚变反应；磁约束核聚变是目前实现核聚变发电最有效的途径。中国环流器二号M装置（俗称“人造太阳”）是中国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，标志着我国核聚变堆的自主设计与建设跃上新台阶。 目前化石能源有枯竭的危险，还存在一定的环境染，而“人造太阳”核聚变反应所需的原材料在地球上几乎取之不尽、用之不竭，生成物也没有危害，被认为是理想的“终极能源”。“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温在1米内共存，上万个零部件，有一点点瑕疵，实验可能就会失败。“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，常规材料无法承受这么高的温度，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。上亿摄氏度的一团火球，碰到什么烧什么。“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。我国科学家从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的精神，托起“人造太阳”的“核心超级材料”，这是一个巨大的技术跨越，把人类对核聚变能源的研究推向一个新高度。 (1)根据你所学过的知识可知，卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是 。 (2)目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是（　　） A．无法消除核聚变产生的核污染 B．无法实现核聚变反应 C．无法控制核聚变反应的速度 (3)该短文中提到的“化石能源”，种类有很多，请你写出其中利用广泛的例子之一： 。 (4)“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压，还应具有 的特点。 (5)实现“超强磁场”与“超大电流”并行，最理想的导体材料是 。 (6)核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和 约束。目前人类利用最多的核聚变能量来自 核聚变方式。 (7)核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 12．请阅读《风能及其利用》回答问题。 风能及其利用 我国风能资源丰富，立轴大风车及其驱动的龙骨水车（广泛应用不晚于12世纪）是体型巨大，结构复杂的风力提水机械，曾应用于农田灌溉和制盐生产（图2为现代仿制立轴大风车及龙骨水车）。立轴大风车最为特别之处在于风帆的自动调节功能，它巧妙地借助了中国式船帆的结构与操控方式，当风帆转到顺风一边，它自动与风向垂直，受风面积最大：当风帆转到逆风一边时，就自动与风向平行，所受阻力最小。风帆升起后，不论风向如何，风车可以接受360度任何方向的来风，使风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，操控运行便捷，灵活。 风能是可再生、无污染的清洁能源。在当今能源短缺情况下，开发风力发电满足能源需求得到重视（图3为风力发电机）。 风力发电是通过一定的装置，将风能转变成机械能，再将机械能转变为电能。如图3所示为某风力发电机结构示意图，它的原理是利用风力带动风车的旋转器（叶片）旋转，再通过增速机将旋转速度提升到发电机的额定转速，又通过调速机构使其转速保持稳定，然后连接到发电机上发电，发电机利用电磁铁将动能转化为电能。 依据目前的风力发电技术，大约3m/s的微风速度即开始发电。我国的风力资源极为丰富，许多地区的平均风速都在3m/s以上，特别是东北、西北、西南地区和沿海岛屿，平均风速更大，适宜发展风力发电。风力发电的优点很多；清洁，环境效益好；可再生，永不枯竭：基建周期短：装机规模灵活。但也有一些不可回避的问题，如噪声大，占用土地多，不稳定不可控，影响鸟类生存等。    （1）立轴风车及其驱动的龙骨水车风力提水机械工作过程中，风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，该过程中，风能转化成了水的 ； （2）风力发电机的工作原理是电磁感应，即：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，小型风力发电机的磁场是由永磁体提供的，而大型风力发电机中的磁场则是由 提供的： （3）风力发电的缺点是 【链接中考】 1．（2024·江苏苏州·中考真题）我国大力发展绿色清洁能源，减少碳排放保护环境，以下属于碳排放限制的是（　　） A．火力发电 B．水力发电 C．风力发电 D．光伏发电 2．（2025·江苏南通·二模）关于能源、信息传输，下列说法正确的是（　　） A．北斗卫星定位系统的信息传递过程所利用的载体是电磁波 B．煤、核能、地热能均属于不可再生能源 C．由于能量在转移与转化时是守恒的，所以我们不需要节约能源 D．太阳是人类的“能源之母”，风能、潮汐能等能源都间接来自太阳能 3.（2025·江苏扬州·一模）能源是人类生存和发展的重要物质基础，下列能源中应该大力开发利用的是的（    ） A．煤 B．石油 C．太阳能 D．天然气 4．（2024·江苏连云港·一模）阅读短文，回答问题。 地球温室效应 地球周围的大气中含有大量的水汽和二氧化碳，水汽和二氧化碳对热辐射的吸收具有选择性，其对长波辐射吸收性强，对短波辐射吸收性弱。如图所示，太阳发出的热辐射线大部分能透过大气到达地面，但地表受热后向外放出的大量热辐射线却被大气吸收和反射，这样就使地表与低层大气保温作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。 自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列极其严重问题，引起了全世界各国的关注。 (1)温室效应带来的危害有 （至少列举1个）； (2)太阳辐射主要的是 （选填“短”或“长”）波辐射； (3)减少温室效应带来的危害的措施有 。（至少写出1条）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $