12.4能源與可持續(xù)發(fā)展-2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019必修第三冊）（原卷版）

第十二章電能能量守恒定律第4節(jié)能源與可持續(xù)進(jìn)展課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)知道不同形式的能量可相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變，能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。了解可再生能源和不行再生能源的分類，生疏能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響1.把握能量守恒定律的內(nèi)容和重要意義.2.了解什么是能源的耗散和品質(zhì)降低，生疏自然界中能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性.3.了解能源的分類與應(yīng)用.4.生疏當(dāng)前環(huán)境問題，增加環(huán)境愛護(hù)和可持續(xù)進(jìn)展的意識．（一）課前閱讀：1.近幾年流行一種“自發(fā)電電動車”，基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處，車輪轉(zhuǎn)動時，帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出的電又連續(xù)供應(yīng)電動車，你認(rèn)為僅靠這種方式，電動車能持續(xù)運(yùn)動下去嗎？2．內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為電能，電能可以轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機(jī)械能……既然能量是守恒的，不會憑空消逝，為什么還要節(jié)省能源呢？（二）基礎(chǔ)梳理一、能量守恒定律、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．能量守恒定律能量既不會憑空，也不會憑空，它只能從一種形式為其他形式，或者從一個物體到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量．2．能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性（1）一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是的．（2）能量的耗散：其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后不能再重復(fù)利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散．（3）能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有【拓展補(bǔ)充】把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度上升，最終水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象:原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升?二、能量的分類與應(yīng)用1．能源的分類(1)不行再生能源：煤炭、石油和自然?氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作能源．化石能源無法在短時間內(nèi)再生，所以這類能源叫作不行再生能源．(2)可再生能源：水能和風(fēng)能等能源，歸根結(jié)底來源于太陽能．這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的開發(fā)與應(yīng)用近年來，我國在能源開發(fā)方面取得了很大的成就：如：發(fā)電、水力發(fā)電、發(fā)電、發(fā)電．【即學(xué)即練】推斷下列說法的正誤.(1)由能量守恒定律知，能量是取之不盡、用之不竭的，也不必要節(jié)省能源．()(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體．()三、能源與社會進(jìn)展1．隨著人口快速增長、經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)展以及工業(yè)化程度的提高，能源短缺和過度使用帶來的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)進(jìn)展的大問題．2．可持續(xù)進(jìn)展(1)可持續(xù)進(jìn)展的核心：追求進(jìn)展與、的平衡：既滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代的需求．(2)需要做好兩方面：①要大力提倡；②進(jìn)展能源以及自然?氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的能源．【即學(xué)即練】推斷下列說法的正誤.(3)大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源．()(4)能量的耗散就是能量的總量在削減．()能量守恒定律能量守恒定律的理解與應(yīng)用1．自然界中不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種形式的能量削減肯定伴隨著其他形式的能量增加，能量的總量保持不變．2．能量守恒定律的適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是在各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．3．能量守恒定律的表達(dá)式(1)E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和．(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的削減量．4．應(yīng)用步驟(1)明確爭辯對象及爭辯過程；(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；(3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量削減；(4)列出增加的能量和削減的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)．【典例精析】例1．能量守恒定律的建立是人類生疏自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最牢靠的自然規(guī)律之一．下列說法正確的是()A．由于能量守恒，所以能量可以任憑使用B．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化C．由于能量不會消逝，所以不行能有能源危機(jī)D．能量可以被毀滅，也可以被創(chuàng)生例2．某地強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速約為v，空氣的密度為ρ，假如把通過橫截面積S的風(fēng)的動能完全轉(zhuǎn)化為電能，則用上述已知量計(jì)算電功率的公式為()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性對“能量的耗散和品質(zhì)降低”的理解(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到四周的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動機(jī)器做功了．(2)從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量．由此可知，能量的耗散雖然不會導(dǎo)致能量的總量削減，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實(shí)際上是將能量從高度有用的形式降級為不太可用的形式．(3)能量的耗散導(dǎo)致可利用能源削減，所以要節(jié)省能源．【典例精析】例3．(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是()A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B．在肯定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性例4．熱現(xiàn)象過程中不行避開地消滅能量耗散的現(xiàn)象．所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散是指在肯定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量削減了B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未削減，但在可利用的品質(zhì)上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不肯定正確三、能源的分類與應(yīng)用能源與社會進(jìn)展1．能源的分類按可否再生分為可再生能源與不行再生能源(1)不行再生能源：人們把煤炭、石油、自然?氣叫作化石能源．化石能源無法在短時間內(nèi)再生，被叫作不行再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿龋?．能源和環(huán)境污染(1)溫室效應(yīng)：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，因此加劇了溫室效應(yīng)．溫室效應(yīng)使得兩極的冰雪溶化，海平面上升，沉沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化；溫室效應(yīng)使全球降水量變化，影響氣候和植被變化，影響人體健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水．形成酸雨的主要緣由是燃燒煤炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度上升，形成“酸雨”，腐蝕建筑物、酸化土壤．(3)光化學(xué)煙霧：內(nèi)燃機(jī)工作時的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔铮@些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧．這些物質(zhì)有毒，會引起人的多種疾?。硗?，常規(guī)能源燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是一種主要的污染物．3．能源與社會進(jìn)展要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)進(jìn)展就要樹立新的能源平安觀，并轉(zhuǎn)變能源的供需模式．一方面大力提倡節(jié)省能源，另一方面要進(jìn)展可再生能源以及自然?氣、清潔煤和核能等清潔能源，推動人類與自然的和諧進(jìn)展．【典例精析】例5．某市有20萬臺空調(diào)機(jī)，每臺空調(diào)機(jī)在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h.為了節(jié)省能源，該市政府建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1℃，這樣每臺空調(diào)機(jī)每天可節(jié)省6%的電能．那么這樣做能使該市在夏季節(jié)省多少電能？已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值是2.92×107J/kg.發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%.請計(jì)算一下，這項(xiàng)節(jié)能建議的實(shí)現(xiàn)能在1年內(nèi)節(jié)省多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤？(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動形式都有對應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動有內(nèi)能，還有其他運(yùn)動中的電磁能、化學(xué)能、原子能等。(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度上升，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2．應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟(1)首先分析爭辯對象的受力和做功狀況，能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的具體形式。(2)分別列出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。(3)依據(jù)ΔE減＝ΔE增列式求解。3．能源的分類方式及能源特點(diǎn)對比分類方法分類名稱特點(diǎn)舉例按形式或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、自然?氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿恍性偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、自然?氣、核燃料按對環(huán)境的污染情況分清潔能源對環(huán)境基本沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會嚴(yán)峻污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、自然?氣)4．能源對環(huán)境的影響(1)常規(guī)能源對環(huán)境的影響：石油和煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”，引發(fā)了一系列問題，如兩極的冰雪溶化、海平面上升，海水倒灌、耕地鹽堿化……這些都是人類過度開發(fā)自然所產(chǎn)生的嚴(yán)峻問題。(2)做好環(huán)境愛護(hù)工作：目前的任務(wù)是接受能源新技術(shù)，解決突出的環(huán)境污染問題。例如，城市生活垃圾問題，變垃圾為能源；提高汽車發(fā)動機(jī)效率，解決尾氣問題，達(dá)到廢氣“零排放”；環(huán)境污染的綜合治理問題，解決廢物、廢水、廢氣等，變廢為寶。一、單選題1．（2022·山西·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試）2021年全國青年科普創(chuàng)新試驗(yàn)大賽中風(fēng)帆車項(xiàng)目是利用自然風(fēng)吹動風(fēng)帆車前進(jìn)，2022年該大賽中太空車項(xiàng)目是利用電池驅(qū)動電動機(jī)帶動太空車攀爬障礙物。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化，以下說法正確的是（）A．都是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B．都是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．風(fēng)帆車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，太空車將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．風(fēng)帆車將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，太空車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能2．（2022春·海南省直轄縣級單位·高一?？计谥校┮韵聨追N發(fā)電方式，屬于利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的是（）A．核電站發(fā)電 B．太陽能發(fā)電C．風(fēng)力發(fā)電 D．火力發(fā)電3．（2023·浙江金華·統(tǒng)考模擬猜測）碳酸飲料具有高熱量，過量飲用會影響身體健康。如圖所示是一款碳酸飲料的相關(guān)信息，與圖中“大卡”對應(yīng)的單位是（）A．W B．J C．K D．4．（2023春·寧夏銀川·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試）能量守恒定律是人類生疏自然的最普遍、最重要、最牢靠的自然規(guī)律之一，下列說法正確的是（）A．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化B．能量可以被創(chuàng)生，也可以被毀滅C．由于能量是守恒的，所以不需要節(jié)省能源D．由于能量是守恒的，所以不行能發(fā)生能源危機(jī)5．（2023春·遼寧遼陽·高二統(tǒng)考期末）一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當(dāng)對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成肯定的電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一種燃?xì)獯蚧饳C(jī)，就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的。只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，壓電陶瓷片就會產(chǎn)生10kV~20kV的高壓，形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是（）A．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能C．光能轉(zhuǎn)化為電能 D．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能6．（2023春·浙江衢州·高一統(tǒng)考期末）如圖所示，為我國某地的一風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉片的半徑為R，若風(fēng)速恰好與葉片轉(zhuǎn)動所在圓面垂直，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η。已知空氣密度為ρ，風(fēng)速為v。下列說法正確的是（）

A．單位時間內(nèi)沖擊發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的質(zhì)量為B．單位時間內(nèi)沖擊發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的動能為C．該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為D．若每天平均有的風(fēng)能資源，則每天發(fā)電量為7．（2023春·江蘇徐州·高一徐州市第一中學(xué)?？计谥校?022年6月30日位于浙江安吉的長龍山抽水蓄能電站全部機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。該項(xiàng)目是華東地區(qū)最大的抽水蓄能電站，主要擔(dān)當(dāng)整個華東電網(wǎng)調(diào)峰、填谷的雙倍調(diào)峰功能。電站在電網(wǎng)用電低谷時將水抽到高處，在電網(wǎng)用電高峰時再利用水能發(fā)電，平均用4度谷電能換3度峰電。電站每年可生產(chǎn)清潔電能2.435×109kwh。已知峰電價格0.50元，谷電價格0.30元。下列說法正確的是（）A．水能是不行再生能源B．該電站產(chǎn)生的電能小于消耗的電能，從經(jīng)濟(jì)的角度沒有實(shí)際意義C．電站實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為勢能儲存，需要時再轉(zhuǎn)化為電能，說明能量不僅數(shù)量上守恒，在可利用的品質(zhì)上也不變D．電站每年發(fā)電直接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為2.435×104萬元8．（2023春·浙江臺州·高一浙江省臨海市大田中學(xué)?？茧A段練習(xí)）風(fēng)能是一種潔凈、無污染、可再生的能源，臨海括蒼山山頂上建有全國第四大風(fēng)力發(fā)電場，如圖所示。已知該地區(qū)的風(fēng)速約為6m/s，空氣密度約，已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)葉葉片長度為40m，且風(fēng)能的30％可轉(zhuǎn)化為電能，則一臺發(fā)電機(jī)發(fā)電功率約為（）A． B．C． D．二、多選題9．（2023春·內(nèi)蒙古包頭·高一統(tǒng)考期末）現(xiàn)代社會提倡“綠色、低碳、節(jié)能”的新型生活方式。下列做法符合節(jié)能要求的是（

）A．電腦使用完畢后關(guān)機(jī)并切斷電源B．電視機(jī)長時間處于待機(jī)狀態(tài)C．長時間外出需要切斷熱水器電源D．手機(jī)充電結(jié)束后拔掉充電器10．（2022·高二課時練習(xí)）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃燒既鋪張資源又污染環(huán)境。某企業(yè)利用“煤粉加壓氣化制備合成氣”新技術(shù)，讓煤變成合成氣（一氧化碳及氫氣總含量≥90%），把煤“吃干榨盡”。下列有關(guān)說法正確的是（）A．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學(xué)變化和物理變化B．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學(xué)變化但沒有物理變化C．該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的清潔利用D．該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的高效利用11．（2023·全國·高三專題練習(xí)）下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程的說法中不正確的是（）A．全部能量守恒的過程都能自發(fā)地發(fā)生B．摩擦生熱的過程是不行逆過程C．人們對太陽能的開發(fā)和利用，說明能量可以憑空產(chǎn)生D．能的轉(zhuǎn)化過程符合能量守恒定律，因此不會發(fā)生能源危機(jī)12．（2022·高三課時練習(xí)）下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是（）A．能量耗散使能量的總量削減B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低13．（2023·全國·高三專題練習(xí)）細(xì)繩一端固定在天花板上，另一端拴一質(zhì)量為m的小球，如圖所示。使小球在豎直平面內(nèi)搖擺，經(jīng)過一段時間后，小球停止搖擺，下列說法正確的是（）A．小球機(jī)械能不守恒B．小球能量正在消逝C．小球搖擺過程中，只有動能和