第12章 5 第4节 能源与可持续发展（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）

本讲义聚焦“能源与可持续发展”核心知识点，系统梳理能量守恒定律（能量转化与转移中总量不变），能量转化和转移的方向性（不可逆性、能量耗散），能源分类（可再生与不可再生、化石能源等），以及能源利用与环境协调发展的脉络，构建从规律到应用的完整学习支架。 该资料通过汽油机能量转化分析、光伏发电功率计算等实例，结合判断正误题和问题探究（如“内燃机能否全部转化内能为机械能”），培养科学思维中的科学推理与模型建构能力，渗透科学态度与责任中的可持续发展意识。课中辅助教师用实例深化物理观念，课后通过练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第4节　能源与可持续发展 　 1．掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类珍惜和保护能源和资源的必要性。 3．了解我国的能源状况，认识到能源与环境协调发展的必要性。 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________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量______________________。 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________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________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________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________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________能源。 (2)可再生能源：像水能、风能、潮汐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。 判断下列说法是否正确。 (1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。(　　) (2)因为能量守恒，所以我们不需要节能。(　　) (3)能量的转化和转移具有不可逆性。(　　) (4)能量的利用是有条件的，也是有代价的。(　　) (5)在自然界中不是所有的能量都能利用。(　　) (6)太阳能是可再生能源。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√ [答案自填] 转化　转移　保持不变　不可逆　收集　降低　方向　化石 知识点一　能量守恒定律 　 1．如图，这是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？ 2．内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？ [提示]　1．汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。 2．不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。 1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。 2．对能量守恒定律的理解 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 角度1　对能量守恒定律的理解 　(2024·福建厦门期中)关于能量的转化，下列说法不正确的是(　　) A．水力发电机把机械能转化为电能 B．燃气热水器把化学能转化为水的内能 C．洗衣机把电能转化为机械能 D．太阳能电池把太阳能转化为内能 [解析]　水力发电机把机械能转化为电能，A正确，不符合题意；燃气热水器把化学能转化为水的内能，B正确，不符合题意；洗衣机把电能转化为机械能，C正确，不符合题意；太阳能电池把太阳能转化为电能，D错误，符合题意。 [答案]　D 角度2　能量守恒定律的应用 　(2025·广西桂林市期末)光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到6．0×104 J的太阳能，如果我们能利用 太阳能的10%，那么在面积为100 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为(　　) A．3 kW　　　　　 B．10 kW C．60 kW D．600 kW [解析]　令历时为t，能够利用的太阳能E0＝t×100×10% J＝t×104 J，根据功率的表达式有Pmax＝，解得Pmax＝10 kW。 [答案]　B 知识点二　能量转移或转化的方向性 如何正确理解能量耗散和品质降低 (1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。 (2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量的品质降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。 (3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。 　“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是(　　) A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明自然界的能量总量是可变的 [解析]　太阳能是可再生能源，故A错误；太阳能主要以热辐射的方式传到地球，故B错误；太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置，故C正确；太阳能电池板能源源不断地产生电能，并不是创造了能量，而是能量发生了转化，总的能量仍然守恒，故D错误。 [答案]　C 　如图所示，卫星两翼的太阳能电池板能把太阳能转化为电能供卫星使用。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　) A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能 B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少 C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的 D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害 [解析]　干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误。 [答案]　C 知识点三　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) 　以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是(　　) 　　　 [解析]　燃油、蒸汽机燃料为不可再生能源，故A、C、D错误；太阳能是可再生能源，故B正确。 [答案]　B 　(2025·贵州省部分学校期中)能源是人类活动的物质基础，从某种意义上讲，人类社会的发展离不开能源。下列关于能源的理解正确的是(　　) A．根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的 B．电脑长时间不用时，使其待机比较节能 C．太阳能电池板是将光能转化为电能 D．只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素 [解析]　能量虽然守恒，但有的资源容易利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故A错误；电脑长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，储存在电池板中，故C正确；能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故D错误。 [答案]　C 1．(能源的开发和利用)(2025·广东佛山市期中)下列关于能源的说法正确的是(　　) A．太阳能是地球上最主要的能量源泉 B．珠江的水能是用之不尽的 C．天然气是可再生能源 D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律 解析：选A。太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确；珠江的水能不是用之不尽的，故B错误；天然气是不可再生能源，故C错误；基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误。 2．(能量转移或转化的方向性)(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 解析：选AD。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A正确；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B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，但若有其他影响因素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C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D正确。 3．(能量的转化与守恒)关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　) A．苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B．大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念 C．太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能 解析：选D。苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故A错误；大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二氧化碳的含量，不符合“低碳生活”理念，故B错误；太阳能电池充电时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能，故C错误；根据能量转化的方向性可知，在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $