第12.4节 能源与可持续发展（高效培优·讲义）物理人教版必修第三册

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、能量转移转化的方向性，深入解析能源分类（可再生与不可再生）及能源应用与社会发展的关系，构建从理论规律到实际应用的学习支架。 资料通过“避坑指南”辨析易错点（如能量守恒与能源节约的关系）培养科学思维，结合风力发电、太阳能电池板等情境题强化能量观念与社会责任。课中辅助教师授课，课后练习助力学生查漏补缺，提升综合应用能力。

第12.4节 能源与可持续发展 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 能量转移或转化的方向性 考点02 能源的应用与社会发展 03 避坑指南·解题通法 角度01 能量可以进行转移或转化 角度02 用能量守恒定律解决实际问题 角度03 能量耗散 角度04 能源的分类与应用 角度05 能源与社会发展 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.区分可再生能源与不可再生能源，了解各类能源转化路径。 2.知道电能的优势，理解电能输送过程中的能量损耗。 3.认识化石能源带来的环境问题，了解新能源开发方向。 4.能用能量守恒定律分析能源转化过程，树立节约能源意识。 1.分类列举生产生活中的能源，归纳可再生、不可再生能源特点。 2.结合焦耳定律分析远距离输电损耗，梳理高压输电的原理。 3.结合实例讨论能源危机与环保方案，建立能量守恒的宏观思维。 知识导图 考点01 能量转移或转化的方向性 1、能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2、能量守恒定律意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 3、能量守恒定律作用：指明了永动机的不可能被创造出来；发现各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 4、能量守恒的表达式 （1）初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和：E初＝E末。 （2）某些能量的增加量等于其他能量的减少量：ΔE增＝ΔE减。 5、能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。 6、能量转移或转化的方向性：能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动、全额发生的。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 【深化点拨】 1．对能量耗散和品质降低的理解 （1）能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。 （2）内能比机械能、电能等能量低级，是一种低品质的能量。能量耗散只是导致了能量品质降低，并不会导致能量总量减少，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。 2．能量转移或转化解题思路点拨：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。能量的耗散表明，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降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。能量的耗散导致可利用能源减少。 1．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是（　　） A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【答案】C 【详解】ABD．自然界的总能量是守恒的，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，但随着能量耗散，能量可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以会有能源危机，我们要节约能源，故ABD错误； C．不同形式的能量之间可以相互转化，故C正确。 故选C。 2．（多选）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 【答案】ACD 【详解】A．并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误，符合题意； B．根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确，不符合题意； C．能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，C错误，符合题意； D．能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误，符合题意。 故选ACD。 考点02 能源的应用与社会发展 1、能源：指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。 2、能源的分类 （1）不可再生能源：化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。不可再生能源包括煤炭、石油和天然气等。 （2）可再生能源：能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。可再生能源包括水能、风能、潮汐能、太阳能发电、风能发电、核能发电等能源。 3、可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。 4、能源与环境：随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 5、温室效应 （1）成因：温室效应是由人类过多排放二氧化碳，干扰了地球的热平衡造成的。 （2）危害：导致全球变暖，海平面上升，气候变化，疾病增多等。 （3）改善措施：提高能源利用率，控制二氧化碳的排放；开发新能源。 6、酸雨 （1）成因：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、氮氧化合物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。 （2）危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑和艺术品等。 （3）防止：健全法规，强化管理，控制排放；发展清洁煤技术，减少燃烧过程中SO2的排放；通过改造发动机，安装汽车尾气净化装置，用无铅汽油代替含铅汽油等，控制汽车尾气排放。 7、节约能源：要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式；一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。 【深化点拨】 1．可持续发展 （1）可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。 （2）需要做好两方面：①要大力提倡节能；②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。 2．能源与社会发展：能源与社会的发展息息相关，我们既要合理的使用能源以促进社会更好的发展，也要注意改善能源使用带来的环境破坏问题，同时也要节约能源，实现能源利用的可持续发展。 1．二十大报告提出了“推动绿色发展，促进人和自然和谐发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是（　　） A．把燃气热水器换成太阳能热水器 B．空调的温度调得越低越好 C．随手关闭长时间不用的电器 D．出行尽可能选择公共交通工具 【答案】B 【详解】A．把燃气热水器换成太阳能热水器可减小二氧化碳的排放，符合绿色发展理念，选项A不符合题意；     B．空调的温度调得越低越消耗电能，不符合绿色发展理念，选项B符合题意；     C．随手关闭长时间不用的电器节约电能，符合绿色发展理念，选项C不符合题意；     D．出行尽可能选择公共交通工具，符合绿色发展理念，选项D不符合题意。     故选B。 2．（多选）中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，下列有关新能源和能量观的描述中，正确的是（　　） A．外出旅游时，尽可能选择自驾出行 B．根据能量守恒，担心能源危机是杞人忧天 C．水能和风能等能源，这些能源来源于太阳能，是可再生能源 D．能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程 【答案】CD 【详解】A．外出旅游时，尽可能选择公共交通工具出行，可以减小污染，节约能源，故A错误； B．能量虽然守恒，但可利用能源转化为不可利用或难以利用的能源，减少了可利用资源的储量，因此担心能源枯竭并非杞人忧天，故B错误； C．水能和风能等能源，这些能源来源于太阳能，是可再生能源，故C正确； D．能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程，故D正确。 故选CD。 3．可持续发展 （1）可持续发展的核心：追求发展与______、______的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求． （2）需要做好两方面： ①要大力提倡______； ②发展______能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的______能源． 【答案】 资源 环境 节约能源 可再生 清洁 能源与可持续发展的综合应用及解题步骤 1.能量耗散与方向性：必须“理解”热力学第二定律的宏观表现 （1）核心规则： 能量守恒：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。 能量耗散：在能量转化过程中，流散到周围环境中的内能（热能）无法被重新收集起来加以利用。这说明能量的品质降低了。 方向性：自然界的宏观过程具有方向性。 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地反向进行。 机械能可以全部转化为内能，但内能无法在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能。 （2）易错示范： 错误观点：“既然能量守恒，为什么还要节约能源？” 正确理解：虽然能量总量没变，但可利用的“高品质”能源（如煤、石油、电能）变成了难以利用的“低品质”能源（环境内能），所以必须节约能源并提高利用率。 2.能源分类：必须“分清”一次能源与二次能源 （1）核心规则： 一次能源：直接取自自然界，没有经过加工转换的各种能量和资源。 可再生能源：太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、潮汐能。 不可再生能源：煤、石油、天然气、核能（铀矿）。 二次能源：由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。 典型代表：电能、汽油、柴油、氢能、蒸汽。 （2）操作方法： 判断依据：看是否需要“加工”。如果是直接从大自然获取的（如风吹、水流、阳光直射），就是一次能源；如果是工厂生产出来的（如发电厂发的电、炼油厂出的油），就是二次能源。 （3）易错示范： 错误归类：认为电能是一次能源。（错在电能必须由其他能源转化而来）。 混淆概念：认为核能是可再生能源。（错在核燃料如铀矿在地球上的储量是有限的，用一点少一点）。 角度01 能量可以进行转移或转化 1．现代生活中共享电动车已成为一种新型的短途交通工具，通过扫码开锁，循环共享，方便快捷。一辆共享电动车所用电池是锂电池，骑行在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，在此过程中电能向其他形式能量转化，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为动能和重力势能 B．电能转化为重力势能和内能 C．电能转化成动能和内能 D．电能转化为机械能和内能 【答案】D 【详解】电动平衡车在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，电动平衡车速度增大，动能增大，电动平衡车的高度升高，重力势能增大，且电动平衡车在运动过程中克服摩擦力做功产生热量，故根据能量守恒可知电能转化为机械能和内能。 故选D。 2．（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（　　） A．太阳能为可再生能源 B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒 C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107J D．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时 【答案】BCD 【详解】A．太阳能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确，不符题意； B．电池板的光电转化效率25%只是表示太阳能有25%能转化成电能，并不代表能量不守恒，故B错误，符合题意； C．由题意可知晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能 故C错误，符合题意； D．晴天时的一天，日照按8h计算，一块电池板产生的电能为 能让十盏60W的白炽灯工作的时间 故D错误，符合题意。 本题选不正确的，故选BCD。 3．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）热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的______。 （3）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散。 （4）能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有______。 【答案】 不可逆 方向性 方向性 角度02 用能量守恒定律解决实际问题 4．有关能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．从广州开往深圳的动车停了下来，说明能量会凭空消失 B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减 C．一块石头从罗浮山上滚下，其机械能没有变化 D．珠江的水能是用之不竭的 【答案】B 【详解】A．从广州开往深圳的动车停了下来，只是能量从一种形式的能转化为另一种形式的能，并不是能量会凭空消失，故A错误； B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减，故B正确； C．一块石头从罗浮山上滚下，由于受到各种阻力的影响，其机械能会减小，故C错误； D．受各种自然和社会因素的影响，水能并不是用之不竭的，故D错误。 故选B。 5．（多选）下面设想符合能量守恒定律的是（　　） A．利用核动力，驾驶地球离开太阳系 B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟 C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 【答案】ABC 【详解】A．利用核动力，核能提供能量，驾驶地球离开太阳系，符合能量守恒定律，故A正确； BC．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故BC正确； D．利用永久磁铁和软铁的相互作用，制成一台机器，不消耗能量而不停地转动，不符合能量守恒定律，故D错误。 故选ABC。 6．能量守恒定律 能量既不会凭空_______，也不会凭空_______，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_______。 【答案】 产生 消失 转化 转移 保持不变 角度03 能量耗散 7．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（　　） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散 B．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散 C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不但减少，而且可利用的品质降低了 D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 【答案】A 【详解】A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散，A正确； B．能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，B错误； C．能源的使用过程中能的总量保持守恒，能量耗散表明，在能源的利用过程中，虽然能量总量不会减少，但是可利用的品质降低了，C错误； D．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。D错误。 故选A。 8．（多选）下列现象属于能量耗散的有（　　） A．汽车尾气排放使市区温度升高 B．锂电池充电将电能转化为化学能 C．冰雹下落将重力势能转化为动能 D．冰雹下落最终静止在地面上 【答案】AD 【详解】能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散。 A．汽车尾气排放使市区温度升高，能量最终无法再加以收集利用，为能量耗散，故A正确； B．锂电池充电将电能转化为化学能，可重新收集并加以利用，故不是能量耗散，故B错误； C．冰雹下落将重力势能转化为动能，可重新收集并加以利用，故不是能量耗散，故C错误； D．冰雹下落最终静止在地面上，能量最终无法再加以收集利用，为能量耗散，故D正确。 故选AD。 角度04 能源的分类与应用 9．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是（　　） ①生物能　②核能　③电能　④太阳能　⑤化学能 A．①④⑤ B．①③⑤ C．①②③ D．①③④ 【答案】B 【详解】自行车需要人力，故需要消耗体内的生物能；电动车要充电，消耗电能；汽车要燃烧汽油，消耗化学能。 故选B。 10．（多选）PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，我们要节约及高效利用能源。下列说法中正确的是（　　） A．我们应立即停止使用化石能源，控制污染 B．人类应多开发与利用地热能、风能等新能源 C．应发展新的发电技术，提高能源利用效率 D．对垃圾进行分类处理，变废为宝 【答案】BCD 【详解】化石能源目前不能够完全被替代，因此不能立即停止，为了控制污染，我们要节约及高效利用能源。人类应多开发与利用地热能、风能等新能源。应发展新的发电技术，提高能源利用效率。对垃圾进行分类处理，变废为宝。 故选BCD。 角度05 能源与社会发展 11．关于“节约能源”下列说法正确的是（　　） A．由于自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的 B．浪费能源只是浪费个人金钱，对整个社会和自然界是无关紧要的，因为能量是守恒的 C．从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能量的利用受这种方向性的制约，所以“节约能源”对人类社会发展有很大影响 D．上述说法都是错误的 【答案】C 【详解】ABCD．能量虽然守恒，但能量耗散现象表明能量的转化具有方向性，在利用能量的过程中能量的品质降低了，故需要节约能源，ABD错误C正确。 故选C。 12．能源与人类社会发展 能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与___________和___________构成现代社会的三大支柱。 【答案】 材料 信息 【详解】[1][2]能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料和信息构成现代社会的三大支柱。 【例1】（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 【答案】B 【详解】由题知，Δt时间内流出的水量为 m = ρQΔt = 1.0×104Δt 发电过程中水的重力势能转化为电能，则有 故选B。 【深化点拨】 1、重力势能基础规律：高处水体具备重力势能，水下落过程重力势能减少，水力发电依靠水体下落释放的重力势能作为能量来源。 2、流量与质量换算逻辑：水流量代表单位时间流过的水体积，结合水的密度可算出单位时间水流的质量，以此计算单位时间释放的能量。 3、能量转化效率概念：势能向电能转化时存在损耗，实际发电功率为水流总功率乘以转化效率，效率数值永远小于 1。 4、功率的物理定义：功率是单位时间内转化的能量，不用单独计算总能量，直接结合单位时间水流的势能得到发电功率。 5、清洁能源物理建模：以瀑布水力发电为生活情境，融合重力势能、流量、能量效率、功率计算多类机械能知识点综合考查。 【变式1-1】“化风为电，御风而行”。2023年6月28日，全球首台16兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于7月19日成功并网发电（如图）。下列关于能源知识的说法错误的是（　　） A．风能属于可再生能源 B．风力发电实现了空气动能与电能的转化 C．各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功 D．“兆瓦”是能量单位 【答案】D 【详解】A．风能属于可再生能源，故A正确； B．风力发电实现了空气动能与电能的转化，故B正确； C．功是能量转化的量度，各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功，故C正确； D．瓦是功率的单位，“兆瓦”是较大的功率单位，故D错误。 本题选择错误选项，故选D。 【变式1-2】（多选）关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．化石能源在短时间内不能再生，是不可再生能源，属于一次能源 B．修建水电站利用水能发电清洁、安全，有百利而无一害 C．不管是能量在转化还是转移的过程中，都遵守能量守恒定律 D．太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置 【答案】ACD 【详解】A．化石能源指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，在短时间内不能再生，是不可再生能源，又因为它是直接取自自然界，所以属于一次能源，故A正确； B．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B错误； C．不管是能量在转化还是转移的过程中，都遵守能量守恒定律，故C正确； D．太阳能电池工作时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能的装置，故D正确。 故选ACD。 【变式1-3】某地区常年有风，风速基本保持在，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为，风的动能转化为电能的效率为10%，取，。求： (1)每秒有多少质量的空气吹向叶片； (2)该风力发电机的发电功率； (3)现有30台同样的该风力发电机，平均每天发电10小时，所发电能通过充电桩给32辆相同的新能源汽车充电，充电效率为80%。车辆行驶时电源把电能转化为机械能的效率为80%。已知汽车的质量为3.6吨，行驶过程所受到的平均阻力为车重的0.1倍。求每辆车一天内平均续航的里程为多少？ 【详解】（1）每秒吹向叶片的空气质量 叶片形成的圆面面积 整理得 当时解得 （2）每秒风的动能 电能转化效率 则发电功率 （3）三十台发电机一天的电量 汽车的机械能 每辆车获得的机械能 由能量守恒有 其中，联立解得续航里程 ⚡基础速刷 1．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 【答案】D 【详解】A．根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，A错误； B．太阳能源于太阳核聚变，可持续再生，B错误； C．转化率低是因能量散失（如热能），总能量守恒未被破坏，C错误； D．非静电力（如半导体内部电场）驱动电荷分离，将光能转化为电能，D正确。 故选D。 2．关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是（　　） A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B．电能的转换效率明显低于其他能源 C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D．核能发电的优点是低成本、零污染 【答案】C 【详解】A．能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，故A错误； B．目前人类主要利用电能的原因就是电能的转换效率明显高于其他能源，故B错误； C．在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，故C正确； D．核能发电会产生放射性核废料，如果处理不当会造成重大的核污染事故，故D错误。 故选C。 3．如图所示是新型“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法正确的是（　　） A．照明灯利用的风能属于不可再生能源 B．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能 C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能 D．太阳能为可再生能源，光电池板将电能转化为光能 【答案】C 【详解】A．照明灯利用的风能属于可再生能源，故A错误； B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能，故B错误； C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故C正确； D．太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能，故D错误。 故选C。 4．（多选）下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（　　） A．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 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】ABC 【详解】A．高山上滚下的石块，其重力势能越来越小，而动能增大，故说明重力势能转化为动能，故A正确； B．酒精燃烧时，释放热量，故将化学能转化为内能，故B正确； C．发电机发电时，通过外力做功将机械能转化为电能，故C正确； D．人们对太阳能的开发和利用，说明太阳能也可以转化为其它形式的能，故能量不可以凭空产生，故D错误。 故选ABC。 5．（多选）关于能源和能量，下列说法正确的是（    ） A．自然界的石油，煤炭资源可供人类永久使用 B．人类应多开发与利用水能，风能等可再生能源 C．自然界的能量是守恒的，人类不需要节约能源 D．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】BD 【详解】A．自然界的石油、煤炭等资源属于不可再生资源，不可供人类永久使用，故A错误； B．为了减少对环境的污染及破坏，人类应多开发与利用水能、风能等可再生能源，故B正确； C．自然界的能量是守恒的，但是能量的转化是需要条件的，所以人类需要节约能源，故C错误 D．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。 故选BD。 6．阅读课本相关内容，回答下列问题。 （1）化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等，请谈谈它们的危害。 （2）查阅相关资料，谈谈新能源开发的意义。 【答案】（1）见解析；（2）见解析 【详解】（1）温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化。酸雨对人类是有害的，首先危害人体健康，由于酸雨可溶解空气及土壤中的重金属粒子，使其变成对人体有害的物质，人饮用了这种水就会诱发各种疾病；其次使土壤酸度增加从而危害植物的正常生长，使土壤酸化；河流湖泊酸化后就影响水生物及鱼类的生长等，严重破坏生态环境；再者酸雨是强腐蚀剂，能腐蚀建筑材料。光化学烟雾有毒，能引起人的多种疾病。 （2）随着社会的进步和生产力的飞速发展，能量的消耗也急剧增加，常规能源中的煤、石油、天然气储量有限，风能、水能等的利用受到很多自然条件的限制，也不可能满足人类社会对能源的需求，所以能源的开发和利用成为当务之急。 🚀能力跃升 7．我国南方某学校的物理实验小组想粗略估测太阳的辐射功率，他们在夏至前后的某天中午做了如下实验：取一个横截面积为S、形状矮粗的厚壁泡沫塑料圆筒，装入质量为m的水，用透明塑料薄膜将筒口封闭，将圆筒放在水平地面上，使太阳光垂直照射在水面上。经过一段时间t，测得水的温度升高了。已知日地距离为r，水的比热容为c，辐射到地球的太阳能量中50%穿过大气层到达地面，认为照射到水面上的太阳光的能量全部被水吸收，不计实验过程中的热损失。下列说法正确的是（　　） A．根据实验数据计算出的地球表面每平方米得到的太阳辐射功率 B．根据实验数据计算出的太阳辐射功率 C．若换用横截面积更大的圆筒做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 D．若在楼顶露台上做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 【答案】B 【详解】A．地球表面每平方米得到的太阳辐射功率为单位时间单位面积地面接收的太阳能，水吸收的热量全部来自地面接收的太阳辐射，即 得，故A错误； B．太阳总辐射功率均匀分布在以日地距离为半径的球面上，大气层外单位面积太阳功率为，其中50%到达地面，因此有 整理得，故B正确； C．太阳辐射功率是太阳本身的固有属性，与实验圆筒横截面积无关；且换用更大横截面积圆筒时，水的质量与横截面积成正比，计算时的比值不变，故C错误； D．楼顶海拔更高，大气层厚度更小，太阳辐射被大气削弱更少，相同时间相同面积下水升高的温度更大，代入公式测得的更大，故D错误。 故选B。 8．青岛市即墨区鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，为风力发电创造了有利条件，目前该地风电总装机容量已达18万千瓦。如图，风力推动三个叶片转动，叶片带动转子（磁极）转动，在定子（线圈）中产生电流，实现风能向电能的转化。已知叶片长为r，风速为v，空气密度为，流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0，原速率穿过，不考虑其他能量损耗。下列说法正确的是（     ） A．在时间内流过扇叶的空气体积为 B．在时间t内流过扇叶的空气质量为 C．一台风力发电机的发电功率约为 D．一台风力发电机的发电功率约为 【答案】D 【详解】A．时间内，风速为，到达叶片扫过圆面的空气会形成一个横截面积、长度为的空气柱，因此流过圆面的空气体积为 则流过扇叶的空气体积为，故A错误； B．圆面的空气质量为 流过扇叶的空气质量为，故B错误； CD．发电机的发电功率等于单位时间内空气减少的动能，的空气动能降为0，则动能减少量（即转化得到的电能） 得发电功率，故C错误，D正确。 故选D。 9．（多选）下面关于能源的说法中正确的是（　　） A．一切能源都是取之不尽、用之不竭的 B．能源危机是指非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机 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．存在于自然界中的太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等能源被称作“新能源” 【答案】BCD 【详解】A．煤、石油、天然气等不可再生能源是有限的，在短时间内不可再生，不是取之不尽的，故A错误； B．能源危机是指非再生能源资源枯竭可能带来的危机，故B正确； CD．大量消耗常规能源会使环境恶化，因此提倡开发利用太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的新能源，故CD正确。 故选BCD。 10．（多选）某人将原来放在地面上质量为1kg的物体匀加速向上提升1m，这时物体获得2m/s的速度，在这个过程中（g取10m/s2），以下说法正确的是（　　） A．手对物体做功为10J B．合外力对物体做功为12J C．合外力对物体做功为2J D．物体重力势能增加了10J 【答案】CD 【详解】D．重力做功 故重力势能增加10J，D正确。 ABC．设手对物体做功为W，由动能定理得合外力做功 W合=W+WG=mv2=×1×22J=2J 解得 AB错误，C正确。 故选CD。 11．一般小汽车的汽油消耗量约为，汽油完全燃烧能释放化学能，那么小汽车行驶消耗能量约为，这相当于消耗多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生怎样的影响？‍ 【答案】91.67kW·h；增加石油能源的消耗，提升交通压力，大气污染加剧 【详解】相等于消耗的电能为 小汽车的拥有量迅速上升，对石油能源的消耗急剧上升，同时也会增加交通压力，汽油的大量消耗也会产生大量的污染，使大气污染加剧。 🌟思维挑战 12．如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50米，有40个发电机组。假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约；发电机将风能转变为电能的效率约为。空气密度为，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】风力发电是利用动能转化成电能，假设在时间内，吹到风叶上的空气质量为，有 每台发电机发电功率为 一年发电量为 故选B。 13．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　） A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约 B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约 C．小潮时一次退潮可发电约 D．此电站一昼夜可发电约 【答案】C 【详解】A．大潮水位差，一次涨潮增加的重力势能，故A错误； B．大潮单次涨/退潮发电量，一次涨潮加退潮共发电，故B错误； C．小潮水位差，一次退潮重力势能变化，发电量，故C正确； D．一昼夜共发电4次：大潮涨、大潮退、小潮涨、小潮退，总电能，故D错误。 故选C。 14．（多选）足够长水平传送带在外力作用下始终以速度v匀速运动，某时刻放上一个质量为m的小物体（质点），初速度大小也是v，方向与传送带的运动方向相反，在滑动摩擦力作用下，最后小物体的速度与传送带的速度相同．在小物体与传送带间有相对运动的过程中，滑动摩擦力对小物体做的功为W，摩擦产生的热量为Q，下列说法中正确的是（    ） A．W＝0 B．W＝3mv2/2 C．Q=3mv2/2 D．Q=2mv2 【答案】AD 【详解】AB．在整个运动的过程中，小物体动能的变化量为零，只有摩擦力做功，根据动能定理，知道W=0，A正确，B错误； CD．滑块先沿原方向做匀减速直线运动到零，然后返回做匀加速直线运动，达到速度v后做匀速直线运动，设动摩擦因数为μ，则匀减速直线运动的加速度为 a=μg， 匀减速直线运动的位移为 x1=， 传送带的位移 x2=， 相对滑动的位移大小为： x=x1+x2=， 物体返回做匀加速直线运动的位移大小为 x1′=， 传送带的位移 x2′=， 则相对位移大小为 x′=x2′-x1′=， 则整个过程中相对路程 s=x+x′=； 则 Q=fs=μmg•=2mv2； 故C错误，D正确。 故选AD。 【点睛】解决本题的关键知道物体在整个过程中的运动规律，运用运动学公式求出相对路程，从而根据Q=fs求出摩擦产生的热量． 15．如图所示，轻质弹簧的自由端位于O点。用功率恒为P的水平拉力将一质量为m=2kg的滑块（可视为质点）从A处由静止开始向右拉动，经t=2 s时间运动到O点，恰好达到最大速度vm=4m/s，此时将拉力撤去。滑块继续向右运动到B点时，弹簧被压缩至最短。已知xAO=4m，xOB=1m，从A→O→B的整个过程中滑块所受摩擦阻力f恒定不变，空气阻力不计。求： (1)恒定功率P及摩擦阻力f的大小； (2)弹簧的最大弹性势能EP。 【答案】(1)16W；4 N；(2)12 J 【详解】(1)设滑块所受阻力大小为f，到达O点的最大速度为vm，从A到O有 解得 P＝16W f＝4N (2)滑块从O到B的过程中，根据能量守恒 解得 EP＝12J 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第12.4节 能源与可持续发展 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 能量转移或转化的方向性 考点02 能源的应用与社会发展 03 避坑指南·解题通法 角度01 能量可以进行转移或转化 角度02 用能量守恒定律解决实际问题 角度03 能量耗散 角度04 能源的分类与应用 角度05 能源与社会发展 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.区分可再生能源与不可再生能源，了解各类能源转化路径。 2.知道电能的优势，理解电能输送过程中的能量损耗。 3.认识化石能源带来的环境问题，了解新能源开发方向。 4.能用能量守恒定律分析能源转化过程，树立节约能源意识。 1.分类列举生产生活中的能源，归纳可再生、不可再生能源特点。 2.结合焦耳定律分析远距离输电损耗，梳理高压输电的原理。 3.结合实例讨论能源危机与环保方案，建立能量守恒的宏观思维。 知识导图 考点01 能量转移或转化的方向性 1、能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量 。 2、能量守恒定律意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 3、能量守恒定律作用：指明了永动机的不可能被创造出来；发现各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 4、能量守恒的表达式 （1）初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和：E初＝E末。 （2）某些能量的增加量等于其他能量的减少量：ΔE增＝ΔE减。 5、能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做 。 6、能量转移或转化的方向性：能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动、全额发生的。一切与热现象有关的宏观自然过程都是 。 【深化点拨】 1．对能量耗散和品质降低的理解 （1）能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。 （2）内能比机械能、电能等能量低级，是一种低品质的能量。能量耗散只是导致了能量品质降低，并不会导致能量总量减少，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。 2．能量转移或转化解题思路点拨：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。能量的耗散表明，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降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。能量的耗散导致可利用能源减少。 1．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是（　　） A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 2．（多选）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　） A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 考点02 能源的应用与社会发展 1、能源：指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。 2、能源的分类 （1）不可再生能源：化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。不可再生能源包括煤炭、石油和天然气等。 （2）可再生能源：能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。可再生能源包括水能、风能、潮汐能、太阳能发电、风能发电、核能发电等能源。 3、可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。 4、能源与环境：随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 5、温室效应 （1）成因：温室效应是由人类过多排放二氧化碳，干扰了地球的热平衡造成的。 （2）危害：导致全球变暖，海平面上升，气候变化，疾病增多等。 （3）改善措施：提高能源利用率，控制二氧化碳的排放；开发新能源。 6、酸雨 （1）成因：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、氮氧化合物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。 （2）危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑和艺术品等。 （3）防止：健全法规，强化管理，控制排放；发展清洁煤技术，减少燃烧过程中SO2的排放；通过改造发动机，安装汽车尾气净化装置，用无铅汽油代替含铅汽油等，控制汽车尾气排放。 7、节约能源：要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式；一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。 【深化点拨】 1．可持续发展 （1）可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。 （2）需要做好两方面：①要大力提倡节能；②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。 2．能源与社会发展：能源与社会的发展息息相关，我们既要合理的使用能源以促进社会更好的发展，也要注意改善能源使用带来的环境破坏问题，同时也要节约能源，实现能源利用的可持续发展。 1．二十大报告提出了“推动绿色发展，促进人和自然和谐发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是（　　） A．把燃气热水器换成太阳能热水器 B．空调的温度调得越低越好 C．随手关闭长时间不用的电器 D．出行尽可能选择公共交通工具 2．（多选）中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，下列有关新能源和能量观的描述中，正确的是（　　） A．外出旅游时，尽可能选择自驾出行 B．根据能量守恒，担心能源危机是杞人忧天 C．水能和风能等能源，这些能源来源于太阳能，是可再生能源 D．能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程 3．可持续发展 （1）可持续发展的核心：追求发展与______、______的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求． （2）需要做好两方面： ①要大力提倡______； ②发展______能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的______能源． 能源与可持续发展的综合应用及解题步骤 1.能量耗散与方向性：必须“理解”热力学第二定律的宏观表现 （1）核心规则： 能量守恒：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。 能量耗散：在能量转化过程中，流散到周围环境中的内能（热能）无法被重新收集起来加以利用。这说明能量的品质降低了。 方向性：自然界的宏观过程具有方向性。 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地反向进行。 机械能可以全部转化为内能，但内能无法在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能。 （2）易错示范： 错误观点：“既然能量守恒，为什么还要节约能源？” 正确理解：虽然能量总量没变，但可利用的“高品质”能源（如煤、石油、电能）变成了难以利用的“低品质”能源（环境内能），所以必须节约能源并提高利用率。 2.能源分类：必须“分清”一次能源与二次能源 （1）核心规则： 一次能源：直接取自自然界，没有经过加工转换的各种能量和资源。 可再生能源：太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、潮汐能。 不可再生能源：煤、石油、天然气、核能（铀矿）。 二次能源：由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。 典型代表：电能、汽油、柴油、氢能、蒸汽。 （2）操作方法： 判断依据：看是否需要“加工”。如果是直接从大自然获取的（如风吹、水流、阳光直射），就是一次能源；如果是工厂生产出来的（如发电厂发的电、炼油厂出的油），就是二次能源。 （3）易错示范： 错误归类：认为电能是一次能源。（错在电能必须由其他能源转化而来）。 混淆概念：认为核能是可再生能源。（错在核燃料如铀矿在地球上的储量是有限的，用一点少一点）。 角度01 能量可以进行转移或转化 1．现代生活中共享电动车已成为一种新型的短途交通工具，通过扫码开锁，循环共享，方便快捷。一辆共享电动车所用电池是锂电池，骑行在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，在此过程中电能向其他形式能量转化，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为动能和重力势能 B．电能转化为重力势能和内能 C．电能转化成动能和内能 D．电能转化为机械能和内能 2．（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（　　） A．太阳能为可再生能源 B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒 C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107J D．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时 3．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）热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的______。 （3）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散。 （4）能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有______。 角度02 用能量守恒定律解决实际问题 4．有关能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．从广州开往深圳的动车停了下来，说明能量会凭空消失 B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减 C．一块石头从罗浮山上滚下，其机械能没有变化 D．珠江的水能是用之不竭的 5．（多选）下面设想符合能量守恒定律的是（　　） A．利用核动力，驾驶地球离开太阳系 B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟 C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 6．能量守恒定律 能量既不会凭空_______，也不会凭空_______，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_______。 角度03 能量耗散 7．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（　　） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散 B．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散 C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不但减少，而且可利用的品质降低了 D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 8．（多选）下列现象属于能量耗散的有（　　） A．汽车尾气排放使市区温度升高 B．锂电池充电将电能转化为化学能 C．冰雹下落将重力势能转化为动能 D．冰雹下落最终静止在地面上 角度04 能源的分类与应用 9．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是（　　） ①生物能　②核能　③电能　④太阳能　⑤化学能 A．①④⑤ B．①③⑤ C．①②③ D．①③④ 10．（多选）PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，我们要节约及高效利用能源。下列说法中正确的是（　　） A．我们应立即停止使用化石能源，控制污染 B．人类应多开发与利用地热能、风能等新能源 C．应发展新的发电技术，提高能源利用效率 D．对垃圾进行分类处理，变废为宝 角度05 能源与社会发展 11．关于“节约能源”下列说法正确的是（　　） A．由于自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的 B．浪费能源只是浪费个人金钱，对整个社会和自然界是无关紧要的，因为能量是守恒的 C．从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能量的利用受这种方向性的制约，所以“节约能源”对人类社会发展有很大影响 D．上述说法都是错误的 12．能源与人类社会发展 能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与___________和___________构成现代社会的三大支柱。 【例1】（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 【深化点拨】 1、重力势能基础规律：高处水体具备重力势能，水下落过程重力势能减少，水力发电依靠水体下落释放的重力势能作为能量来源。 2、流量与质量换算逻辑：水流量代表单位时间流过的水体积，结合水的密度可算出单位时间水流的质量，以此计算单位时间释放的能量。 3、能量转化效率概念：势能向电能转化时存在损耗，实际发电功率为水流总功率乘以转化效率，效率数值永远小于 1。 4、功率的物理定义：功率是单位时间内转化的能量，不用单独计算总能量，直接结合单位时间水流的势能得到发电功率。 5、清洁能源物理建模：以瀑布水力发电为生活情境，融合重力势能、流量、能量效率、功率计算多类机械能知识点综合考查。 【变式1-1】“化风为电，御风而行”。2023年6月28日，全球首台16兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于7月19日成功并网发电（如图）。下列关于能源知识的说法错误的是（　　） A．风能属于可再生能源 B．风力发电实现了空气动能与电能的转化 C．各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功 D．“兆瓦”是能量单位 【变式1-2】（多选）关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．化石能源在短时间内不能再生，是不可再生能源，属于一次能源 B．修建水电站利用水能发电清洁、安全，有百利而无一害 C．不管是能量在转化还是转移的过程中，都遵守能量守恒定律 D．太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置 【变式1-3】某地区常年有风，风速基本保持在，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为，风的动能转化为电能的效率为10%，取，。求： (1)每秒有多少质量的空气吹向叶片； (2)该风力发电机的发电功率； (3)现有30台同样的该风力发电机，平均每天发电10小时，所发电能通过充电桩给32辆相同的新能源汽车充电，充电效率为80%。车辆行驶时电源把电能转化为机械能的效率为80%。已知汽车的质量为3.6吨，行驶过程所受到的平均阻力为车重的0.1倍。求每辆车一天内平均续航的里程为多少？ ⚡基础速刷 1．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 2．关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是（　　） A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B．电能的转换效率明显低于其他能源 C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D．核能发电的优点是低成本、零污染 3．如图所示是新型“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法正确的是（　　） A．照明灯利用的风能属于不可再生能源 B．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能 C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能 D．太阳能为可再生能源，光电池板将电能转化为光能 4．（多选）下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（　　） A．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 5．（多选）关于能源和能量，下列说法正确的是（    ） A．自然界的石油，煤炭资源可供人类永久使用 B．人类应多开发与利用水能，风能等可再生能源 C．自然界的能量是守恒的，人类不需要节约能源 D．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 6．阅读课本相关内容，回答下列问题。 （1）化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等，请谈谈它们的危害。 （2）查阅相关资料，谈谈新能源开发的意义。 🚀能力跃升 7．我国南方某学校的物理实验小组想粗略估测太阳的辐射功率，他们在夏至前后的某天中午做了如下实验：取一个横截面积为S、形状矮粗的厚壁泡沫塑料圆筒，装入质量为m的水，用透明塑料薄膜将筒口封闭，将圆筒放在水平地面上，使太阳光垂直照射在水面上。经过一段时间t，测得水的温度升高了。已知日地距离为r，水的比热容为c，辐射到地球的太阳能量中50%穿过大气层到达地面，认为照射到水面上的太阳光的能量全部被水吸收，不计实验过程中的热损失。下列说法正确的是（　　） A．根据实验数据计算出的地球表面每平方米得到的太阳辐射功率 B．根据实验数据计算出的太阳辐射功率 C．若换用横截面积更大的圆筒做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 D．若在楼顶露台上做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 8．青岛市即墨区鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，为风力发电创造了有利条件，目前该地风电总装机容量已达18万千瓦。如图，风力推动三个叶片转动，叶片带动转子（磁极）转动，在定子（线圈）中产生电流，实现风能向电能的转化。已知叶片长为r，风速为v，空气密度为，流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0，原速率穿过，不考虑其他能量损耗。下列说法正确的是（     ） A．在时间内流过扇叶的空气体积为 B．在时间t内流过扇叶的空气质量为 C．一台风力发电机的发电功率约为 D．一台风力发电机的发电功率约为 9．（多选）下面关于能源的说法中正确的是（　　） A．一切能源都是取之不尽、用之不竭的 B．能源危机是指非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机 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．存在于自然界中的太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等能源被称作“新能源” 10．（多选）某人将原来放在地面上质量为1kg的物体匀加速向上提升1m，这时物体获得2m/s的速度，在这个过程中（g取10m/s2），以下说法正确的是（　　） A．手对物体做功为10J B．合外力对物体做功为12J C．合外力对物体做功为2J D．物体重力势能增加了10J 11．一般小汽车的汽油消耗量约为，汽油完全燃烧能释放化学能，那么小汽车行驶消耗能量约为，这相当于消耗多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生怎样的影响？‍ 🌟思维挑战 12．如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50米，有40个发电机组。假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约；发电机将风能转变为电能的效率约为。空气密度为，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近（ ） A． B． C． D． 13．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　） A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约 B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约 C．小潮时一次退潮可发电约 D．此电站一昼夜可发电约 14．（多选）足够长水平传送带在外力作用下始终以速度v匀速运动，某时刻放上一个质量为m的小物体（质点），初速度大小也是v，方向与传送带的运动方向相反，在滑动摩擦力作用下，最后小物体的速度与传送带的速度相同．在小物体与传送带间有相对运动的过程中，滑动摩擦力对小物体做的功为W，摩擦产生的热量为Q，下列说法中正确的是（    ） A．W＝0 B．W＝3mv2/2 C．Q=3mv2/2 D．Q=2mv2 15．如图所示，轻质弹簧的自由端位于O点。用功率恒为P的水平拉力将一质量为m=2kg的滑块（可视为质点）从A处由静止开始向右拉动，经t=2 s时间运动到O点，恰好达到最大速度vm=4m/s，此时将拉力撤去。滑块继续向右运动到B点时，弹簧被压缩至最短。已知xAO=4m，xOB=1m，从A→O→B的整个过程中滑块所受摩擦阻力f恒定不变，空气阻力不计。求： (1)恒定功率P及摩擦阻力f的大小； (2)弹簧的最大弹性势能EP。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $