第12章 能源与可持续发展（高效培优·讲义）物理沪科版必修第三册

本高中物理讲义聚焦“能源与可持续发展”核心知识点，从能量守恒定律出发，阐述能量转化与转移的方向性，进而分类可再生与不可再生能源，结合能源开发应用实例，构建能源与社会可持续发展的知识脉络。 资料以目标导航明确学习方向，通过风力发电机、太阳能热水器等实例分析培养科学思维，真题闯关与分层练习（基础速刷、能力跃升）助力课中教学实施与课后查漏补缺，强化科学态度与责任中的可持续发展意识。

12 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 能源与可持续发展 考点02 能源分类 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.列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒的含义。 2.知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。 1.通过实例加深对能量守恒定律的理解，掌握应用能量守恒定律分析、解释实际问题的一般步骤。 2.通过实例分析知道能量耗散、认识自然界中能量转化的方向性。 考点01 能源与可持续发展 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 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　。 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 不可逆　的。 2．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。 3．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　。 三、能量的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作 化石　能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源。 (2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。 2．能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如： 太阳能　发电、水力发电、 风能　发电、 核能　发电。 四、能源与社会发展 1．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。 2．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。 1．（多选）下列关于能源开发和利用的说法正确的是（    ） A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B．要合理开发和节约使用核能、风能、地热能、海洋能等不可再生能源 C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程 D．节约能源和开发新能源都有利于可持续发展 【答案】CD 【详解】A．能源利用并非限定为内能转化为机械能，电能、化学能、核能等均可转化为其他形式的能量，故A错误； B．风能、地热能、海洋能属于可再生能源，核能通常属于不可再生能源，不能把它们都归为不可再生能源，故B错误； C．能源利用实质上是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，故C正确； D．节约能源能够减少能源消耗和环境压力，开发新能源能够优化能源结构，二者都有利于可持续发展，故D正确。 故选CD。 2．下列有关能源和可持续发展的说法中，正确的是（     ） A．化石能源也叫做可再生能源 B．太阳能发电严重破坏环境 C．能量在转化或转移过程中总量保持不变 D．自然界中能量的转化没有方向性 【答案】C 【详解】A．化石能源是远古生物经上亿年地质作用形成的，短期内无法再生，属于不可再生能源，故A错误； B．太阳能属于清洁能源，太阳能发电过程几乎不排放污染物，不会严重破坏环境，故B错误； C．根据能量守恒定律，能量在转化或转移过程中，总能量始终保持不变，故C正确； D．自然界中能量的转化具有方向性，例如内能只能自发从高温物体转移到低温物体，反向转移需要消耗其他能量，故D错误。 故选C。 3．（多选）如图所示为科学家研发出的一款超小型风力发电机，也被称之为郁金香风力发电机，可以供家庭使用，具有噪音极低，启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台，某日该地区的风速是6m/s，风吹到的叶片有效面积为1m2，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列说法正确的有（     ） A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为6m3 B．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2J C．每台风力发电机发电的功率为129.6W D．该风力发电机组工作24h，发电量约为12.44kW·h 【答案】AD 【详解】A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积，故A 正确； B．1s内气流的质量 气流的动能，故B错误； C．风的动能转化为的电能 则功率，故 C 错误； D．该风力发电机组工作24h，发电量， 故D 正确。 故选D。 考点02 能源的分类与应用　能源与社会发展 1．能源和环境污染 (1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应。温室效应使得两极的冰雪融化，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；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康。 (2)酸雨：酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水。形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤。 (3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。这些物质有毒，会引起人的多种疾病。 另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物。 2.能源与社会发展 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。 4．（多选）二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波热辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳和暖房的玻璃一样，只让太阳的热辐射进来，却不让大气中的长波热辐射出去，二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点。根据这种观点，下列说法成立的是（     ） A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，当时地球的气温很高 B．二氧化碳是空气的组成成分，人们可以放心大胆地使用煤、石油、天然气等化石能源，化石能源不会对环境造成任何影响 C．由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，地球上的气温升高 D．气候变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加 【答案】AC 【详解】AC．根据题意，二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，产生温室效应，使大气升温。在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，导致温室效应增强，当时地球的气温很高 由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，温室效应增强，地球上的气温升高，故AC正确。 B．虽然二氧化碳是空气的组成成分，但大量使用煤、石油、天然气等化石能源会排放大量二氧化碳，加剧温室效应，对环境造成严重影响，故B错误。 D．气候变暖的根本原因是二氧化碳等温室气体在空气中的含量增多，而不是工业用电和生活用电的急剧增加，故D错误。 故选AC。 5．全国首个地铁车辆段氢赋能零碳能源中心在西安高新区试运行成功并正式达产，用“光伏＋氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电过程中，光能转化为电能 B．氢燃料电池供电时将电能转化为化学能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 【答案】A 【详解】A．光伏发电利用光生伏特效应，将光能（太阳能）直接转化为电能，故A正确； B．氢燃料电池供电时，作为电源对外输出电能，是将化学能转化为电能，故B错误； C．储能电池充电时，消耗电能，将电能转化为化学能储存起来，故C错误； D．能量在转移和转化过程中，由于电阻发热等原因不可避免地存在损耗，不可能实现无损耗转移，故D错误。 故选A。 6．太阳能热水器目前已普遍用于家庭供热。如图，是架在屋顶的太阳能热水器，已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量为。一台热水器的聚热面积约为，若每天相当于太阳直射热水器3.5 h，太阳能的可转化为水的内能，则（　　） A．热水器一天内最多能利用的太阳能约为 B．一天内，水加热的平均功率约为0.4kW C．若电热水器加热效率为，电费0.5元/度，一台热水器全年工作大约可省下4000元电费 D．若一天获得太阳能的用来给手机充电，每块手机电池容量为4000mAh、电压3.7V，不计损耗，大约可充满66块电池 【答案】B 【详解】A．太阳辐射能流密度，聚热面积 ，每天直射时间，转化效率 。 总太阳能 可利用（转化为内能）的能量 故A错误； B．一天（总时长24h）的平均功率 故B正确； C．一天获得的内能约合（度），电热水器效率90%，则一天需要消耗电能约度，全年365天总耗电约度，总电费为 元 故C错误； D．一块4000mAh、3.7V的电池能量为 可充满的块数 故D错误。 故选B。 ⚡基础速刷 1．太阳是人类的能源宝库，下列关于太阳能的说法错误的是（    ） A．三大常规能源都是太阳能的产物 B．光合作用把太阳能转化为内能 C．光驱动机械手表把太阳能先转化为电能，再转化为机械能 D．自然界的风能、水能都来自于太阳能 【答案】B 【详解】A．煤、石油、天然气在形成过程中积累了来自太阳的能量，故A正确； B．光合作用把太阳能转化为化学能并储存在有机物中，不是把太阳能转化为内能，故B错误； C．太阳能电池先把太阳能转化为电能，驱动装置再把电能转化为机械能，故C正确； D．太阳辐射引起大气运动和水循环，风能、水能均来源于太阳能，故D正确。 本题选择错误的，故选B。 2．某市新开通的301路公交车，使用的燃料主要成分是甲烷，甲烷燃烧提供公交车所需的能量。关于上述能量转化，下列说法正确的是（     ） A．电能转化为机械能 B．风能转化为机械能 C．光能转化为机械能 D．化学能转化为机械能 【答案】D 【详解】甲烷本身储存有化学能，燃烧时化学能先转化为内能，再通过发动机做功将内能转化为公交车的机械能，核心能量转化过程为化学能转化为机械能。 故选D。 3．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为r的圆面，某时间内该地区的风速是v，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设在时间t内，吹过风力发电机叶片圆面的空气体积为V，则 这段时间内吹过圆面的空气质量为 这些空气具有的动能为 由于发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则产生的电能为 根据功率的定义式，此风力发电机发电的功率为 故选A。 4．未来某次神舟飞船按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接。中国空间站装有太阳能电池板，为空间站正常工作提供能量。则（　　） A．太阳能的利用，说明能量可以消灭 B．太阳能的利用，说明能量可以创生 C．电池板可以将吸收的太阳能全部转化为电能 D．电池板将吸收的太阳能转化为电能满足能量守恒定律 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。太阳能电池板将太阳能（光能）转化为电能的过程遵守该定律，故AB错误； CD．太阳能电池板的能量转化效率不可能为100%，部分能量会损失。太阳能转化为电能的过程满足能量守恒定律，总能量保持不变，故C错误，D正确。 故选D。 5．如图所示，农民通过抽水泵抽取河水灌溉农田。已知抽水泵由电动机、水泵、输水钢管组成。抽水时，河水由上游水流补给，水面与水泵出水口的竖直距离始终为，水流由出水口水平喷出时的速度为，每秒出水量为。已知水泵由功率为的电动机带动，电动机额定电压为，水泵的抽水效率为，水的密度为，则（　　） A．出水口钢管横截面积为 B．水泵的输入功率为 C．每秒内水流机械能增加 D．电动机线圈的电阻为 【答案】B 【详解】A．由于出水口每秒出水量为，根据， 解得，故A错误； BC．水流每秒增加的机械能为 水泵的输入功率为，故B正确，C错误； D．通过电动机的电流为，由 解得，故D错误。 故选B。 6．某地区常年有风，风速基本保持在4m/s，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为1.3kg/m3，发电机将圆面内的风的动能转化为电能的效率为20%。现用这台风力发电机给一水泵供电，使水泵从地下0.5m深处抽水，水泵能将水抽到地面并以2m/s的速度射出，出水口的横截面积为0.1m2，水的密度为，水泵及电机组成的抽水系统效率为80%，g=10m/s2。则下列说法正确的是（     ） A．该风力发电机的发电功率约为12.8kW B．每秒钟水流机械能增加400J C．该风力发电机一天的发电量可供该水泵正常工作约35h D．若风速变为8m/s，则该风力发电机的发电功率变为原来的4倍 【答案】C 【详解】A．叶片扫过的面积为 风能的功率为 考虑发电效率，发电功率为，故A错误； B．每秒出水质量为 每千克水机械能增加量为 因此每秒钟水流机械能增加，故B错误； C．水泵每秒获得的机械功率为，所需电功率为，风力发电机一天的发电量为，水泵可正常工作的时间为，故C正确； D．由 可知，在其他条件不变时。风速变为原来的2倍时，发电功率变为原来的倍，故D错误。 故选C。 7．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。 8．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。 9．“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。 10．高空风能具有储量丰富、风速高、风向稳定等优势，所蕴含的风能远远超过目前人类社会能源总需求。高空风力发电系统由空中组件、牵引缆绳和地面组件三部分构成，利用风力牵引地面发电系统做功发电。如图所示，伞体在2000m高空展开形成近5000m2的迎风面，垂直迎风面的风速为20m/s，伞体以一定的速度匀速上升，牵引地面发电系统产生的电功率为2.2×103kW。已知1kg标准煤完全燃烧可发电2.8度，排放二氧化碳2.6kg，空气密度为1.0kg/m3。下列说法正确的是（　　） A．高空风能属于不可再生能源 B．伞体在匀速上升过程中机械能守恒 C．发电系统将风能转化为电能的效率约为28% D．若发电系统每天工作10h，可减少二氧化碳排放量约2.0×104kg 【答案】D 【详解】A．高空风能属于风能，风能可以从自然界源源不断获得，所以高空风能是可再生能源，故A错误； B．伞体匀速上升时，质量不变、速度不变，动能不变；但高度升高，重力势能增大，故机械能增大，所以机械能不守恒，故B错误； C．设时间内风吹来的空气质量为，则 质量为的空气具有的动能为 已知发电系统产生的电功率为 则内产生的电能为 发电系统将风能转化为电能的效率为 代入数据联立解得，故C错误； D．发电系统每天工作10h的发电量为 需要标准煤的质量为 则减少的二氧化碳排放量为，故D正确。 故选D。 🚀能力跃升 11．（多选）如图所示，某风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面。某段时间内该区域的风速大小为，风向恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机将该圆内空气的动能转化为电能的效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅风速增大为原来的倍，发电的功率将增大为原来的倍 【答案】AD 【详解】A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气，可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱内的空气，则有，故A正确； B．根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为，故B错误； C．若仅风速减小为原来的，根据上式知，发电的功率将减小为原来的，故C错误； D．若仅风速增大为原来的2倍，根据上式知，发电的功率将增大为原来的8倍，故D正确。 故选AD。 12．（多选）如图所示为超大容量海上风力发电机组。每台风力发电机叶片转动时可形成面积约为的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机能将此圆内20%的空气动能转化为电能，空气密度为。当海上风速为时，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流体积约为 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流动能约为 C．每台风力发电机的发电功率约为 D．在该风速下持续工作4小时，每台风力发电机发电量约为 【答案】AC 【详解】A.单位时间内气流运动10m，可视为通过气流的高为 则体积为 故A正确； B.通过气流的质量 气流动能为 故B错误； C.发电功率为 故C正确； D.发电量为 故D错误。 故选AC。 【点睛】 13．（多选）如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（　　） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 C．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 【答案】BD 【详解】A．设经历时间为，则单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为，故A错误； B．风速时每台发电机输出电功率为 解得，故B正确； C．由B的分析可知，每台发电机输出的电功率正比于，当风速为时（即风速变为原来的2倍），则每台发电机输出的电功率变为原来的8倍，即，故C错误； D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为，故D正确。 故选BD。 14．（多选）自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。关于几种常见能源说法正确的是（　　） A．电能是二级能源 B．氢气是一级能源 C．天然气是一级能源 D．焦炉气是一级能源 【答案】AC 【详解】根据定义，可知电能、氢气和焦炉气是二级能源，天然气是一级能源。 故选AC。 15．（多选）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能。已知峰电0.50元/度，谷电0.30元/度。下列说法正确的是（　　） A．水能是可再生能源 B．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量的转移或转化没有方向性 C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D．电站每年发电直接产生的经济效益约为万元 【答案】AD 【详解】A．水能是可再生能源，故A正确； B．有些能量的转化、转移具有方向性，如机械能和内能的相互转化，故B错误； C．电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误； D．电站每年可生产清洁电能为，则需要消耗的电能为 则电站每年发电直接产生的经济效益为 故D正确。 故选AD。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 12 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 能源与可持续发展 考点02 能源分类 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.列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒的含义。 2.知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。 1.通过实例加深对能量守恒定律的理解，掌握应用能量守恒定律分析、解释实际问题的一般步骤。 2.通过实例分析知道能量耗散、认识自然界中能量转化的方向性。 考点01 能源与可持续发展 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 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　。 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 不可逆　的。 2．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。 3．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　。 三、能量的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作 化石　能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源。 (2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。 2．能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如： 太阳能　发电、水力发电、 风能　发电、 核能　发电。 四、能源与社会发展 1．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。 2．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。 1．（多选）下列关于能源开发和利用的说法正确的是（    ） A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B．要合理开发和节约使用核能、风能、地热能、海洋能等不可再生能源 C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程 D．节约能源和开发新能源都有利于可持续发展 2．下列有关能源和可持续发展的说法中，正确的是（     ） A．化石能源也叫做可再生能源 B．太阳能发电严重破坏环境 C．能量在转化或转移过程中总量保持不变 D．自然界中能量的转化没有方向性 3．（多选）如图所示为科学家研发出的一款超小型风力发电机，也被称之为郁金香风力发电机，可以供家庭使用，具有噪音极低，启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台，某日该地区的风速是6m/s，风吹到的叶片有效面积为1m2，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列说法正确的有（     ） A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为6m3 B．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2J C．每台风力发电机发电的功率为129.6W D．该风力发电机组工作24h，发电量约为12.44kW·h 考点02 能源的分类与应用　能源与社会发展 1．能源和环境污染 (1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应。温室效应使得两极的冰雪融化，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；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康。 (2)酸雨：酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水。形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤。 (3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。这些物质有毒，会引起人的多种疾病。 另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物。 2.能源与社会发展 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。 4．（多选）二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波热辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳和暖房的玻璃一样，只让太阳的热辐射进来，却不让大气中的长波热辐射出去，二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点。根据这种观点，下列说法成立的是（     ） A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，当时地球的气温很高 B．二氧化碳是空气的组成成分，人们可以放心大胆地使用煤、石油、天然气等化石能源，化石能源不会对环境造成任何影响 C．由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，地球上的气温升高 D．气候变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加 5．全国首个地铁车辆段氢赋能零碳能源中心在西安高新区试运行成功并正式达产，用“光伏＋氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电过程中，光能转化为电能 B．氢燃料电池供电时将电能转化为化学能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 6．太阳能热水器目前已普遍用于家庭供热。如图，是架在屋顶的太阳能热水器，已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量为。一台热水器的聚热面积约为，若每天相当于太阳直射热水器3.5 h，太阳能的可转化为水的内能，则（　　） A．热水器一天内最多能利用的太阳能约为 B．一天内，水加热的平均功率约为0.4kW C．若电热水器加热效率为，电费0.5元/度，一台热水器全年工作大约可省下4000元电费 D．若一天获得太阳能的用来给手机充电，每块手机电池容量为4000mAh、电压3.7V，不计损耗，大约可充满66块电池 ⚡基础速刷 1．太阳是人类的能源宝库，下列关于太阳能的说法错误的是（    ） A．三大常规能源都是太阳能的产物 B．光合作用把太阳能转化为内能 C．光驱动机械手表把太阳能先转化为电能，再转化为机械能 D．自然界的风能、水能都来自于太阳能 2．某市新开通的301路公交车，使用的燃料主要成分是甲烷，甲烷燃烧提供公交车所需的能量。关于上述能量转化，下列说法正确的是（     ） A．电能转化为机械能 B．风能转化为机械能 C．光能转化为机械能 D．化学能转化为机械能 3．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为r的圆面，某时间内该地区的风速是v，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率为（     ） A． B． C． D． 4．未来某次神舟飞船按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接。中国空间站装有太阳能电池板，为空间站正常工作提供能量。则（　　） A．太阳能的利用，说明能量可以消灭 B．太阳能的利用，说明能量可以创生 C．电池板可以将吸收的太阳能全部转化为电能 D．电池板将吸收的太阳能转化为电能满足能量守恒定律 5．如图所示，农民通过抽水泵抽取河水灌溉农田。已知抽水泵由电动机、水泵、输水钢管组成。抽水时，河水由上游水流补给，水面与水泵出水口的竖直距离始终为，水流由出水口水平喷出时的速度为，每秒出水量为。已知水泵由功率为的电动机带动，电动机额定电压为，水泵的抽水效率为，水的密度为，则（　　） A．出水口钢管横截面积为 B．水泵的输入功率为 C．每秒内水流机械能增加 D．电动机线圈的电阻为 6．某地区常年有风，风速基本保持在4m/s，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为1.3kg/m3，发电机将圆面内的风的动能转化为电能的效率为20%。现用这台风力发电机给一水泵供电，使水泵从地下0.5m深处抽水，水泵能将水抽到地面并以2m/s的速度射出，出水口的横截面积为0.1m2，水的密度为，水泵及电机组成的抽水系统效率为80%，g=10m/s2。则下列说法正确的是（     ） A．该风力发电机的发电功率约为12.8kW B．每秒钟水流机械能增加400J C．该风力发电机一天的发电量可供该水泵正常工作约35h D．若风速变为8m/s，则该风力发电机的发电功率变为原来的4倍 7．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 8．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 9．“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 10．高空风能具有储量丰富、风速高、风向稳定等优势，所蕴含的风能远远超过目前人类社会能源总需求。高空风力发电系统由空中组件、牵引缆绳和地面组件三部分构成，利用风力牵引地面发电系统做功发电。如图所示，伞体在2000m高空展开形成近5000m2的迎风面，垂直迎风面的风速为20m/s，伞体以一定的速度匀速上升，牵引地面发电系统产生的电功率为2.2×103kW。已知1kg标准煤完全燃烧可发电2.8度，排放二氧化碳2.6kg，空气密度为1.0kg/m3。下列说法正确的是（　　） A．高空风能属于不可再生能源 B．伞体在匀速上升过程中机械能守恒 C．发电系统将风能转化为电能的效率约为28% D．若发电系统每天工作10h，可减少二氧化碳排放量约2.0×104kg 🚀能力跃升 11．（多选）如图所示，某风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面。某段时间内该区域的风速大小为，风向恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机将该圆内空气的动能转化为电能的效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅风速增大为原来的倍，发电的功率将增大为原来的倍 12．（多选）如图所示为超大容量海上风力发电机组。每台风力发电机叶片转动时可形成面积约为的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机能将此圆内20%的空气动能转化为电能，空气密度为。当海上风速为时，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流体积约为 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流动能约为 C．每台风力发电机的发电功率约为 D．在该风速下持续工作4小时，每台风力发电机发电量约为 13．（多选）如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（　　） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 C．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 14．（多选）自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。关于几种常见能源说法正确的是（　　） A．电能是二级能源 B．氢气是一级能源 C．天然气是一级能源 D．焦炉气是一级能源 15．（多选）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能。已知峰电0.50元/度，谷电0.30元/度。下列说法正确的是（　　） A．水能是可再生能源 B．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量的转移或转化没有方向性 C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D．电站每年发电直接产生的经济效益约为万元 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $