高中物理4 能源与可持续发展精品当堂达标检测题

12.4  能源与可持续发展

【物理核心素养】

物理观念：通过掌握能量守恒定律的含义，培养学生用能量观点研究问题的观念。

科学思维：通过实例分析知道能量耗散的原来，培养学生联系实际思考问题的能力。

科学探究：通过探究讨论能量的开发与利用所带来的环境污染问题，理解环境污染危害的本质。

科学态度与责任：通过认识可再生能源和不可再生能源的相关知识，使学生认识合理利用能源的重要性，养成节能的意识和习惯。

【教学重难点】

教学重点：

1．能量守恒定律

2．能量转移或转化的方向性

教学难点：

1．能量转移或转化的方向性

知识点一、能量守恒定律

一、能量守恒定律的内容

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．

二、能量守恒定律的理解与应用

1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．

2．能量守恒定律的适用范围

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．能量守恒定律的表达式

(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．

(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．

4．应用步骤

(1)明确研究对象及研究过程；

(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；

(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；

(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．

【经典例题1】我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。图是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸门，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨、落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，水的密度为1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，则一天内发电的平均功率约为（　　）

A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW

C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW

【变式训练1】太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。某地区安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80m，该地区常年的平均风速v=5.0m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ=1.25kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R=80m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能。

（1）求每台风力发电机的发电功率P；

（2）已知标准煤的热值q=3.0×107J/kg，则该风力发电场年发电量相当于燃烧多少标准煤产生的热量？

知识点二、能量转移或转化的方向性

一、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．

二、对“能量的耗散和品质降低”的理解

(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，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，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．

(3)能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．

【经典例题2】（多选）关于能源的利用和节能，下列说法正确的是（　　）

A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%

B．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关

C．能量的总量不变，在自然界存在的形式不同

D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉

【变式训练2】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。下列说法正确的是  （　　）

A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用

B．不同形式的能量之间可以相互转化

C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机

D．能量可以被消灭，也可以被创生

知识点三、能源的分类与应用　能源与社会发展

一、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．

二、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．

【经典例题3】光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其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。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　）

A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW

【变式训练3】四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4。已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2。求：

（1）电动机内阻消耗的热功率；

（2）将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间（不计进、出水口的水流速度）。

题组A  基础过关练

1．下列关于能源的说法中，正确的是（  ）

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大

C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关

D．水能是不可再生能源

2．在“嫦娥五号”卫星的两侧装有太阳能电池板，为“嫦娥五号”卫星的正常工作提供能量。下列说法正确的是（　　）

A．太阳能可以转化为电能

B．太阳能不可以转化为电能

C．太阳能的利用，说明能量可以消灭

D．太阳能的利用，说明能量可以创生

3．下列哪些现象属于能量的耗散（　　）

A．利用水能发电转变成电能

B．利用太阳能发电转变成电能

C．电池的化学能转变成电能

D．火炉把房间的温度升高

4．在学习能量守恒定律时，有同学对“能量耗散”有了新的理解。下列对“能量耗散”理解正确的是（　　）

A．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散

B．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

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，这种现象叫作能量的耗散

5．（多选）下列哪些现象属于能量耗散（　　）

A．利用水能发电转变成电能

B．电池的化学能转变成电能

C．电能通过电灯中的电阻丝放出热量和光能

D．火炉把房间的温度升高

6．（多选）下列关于能源的说法正确的是（　　）

A．能源是取之不尽，用之不竭的

B．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源

C．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等

D．核能是可以无限开发和使用的

题组B  能力提升练

7．“神舟”六号载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应。“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池。在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达。单片单晶硅太阳能电池可产生的电动势，可获得的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是（　　）

A． B． C． D．

8．现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式。下列做法不符合节能要求的是（　　）

A．电脑使用完毕后关机并切断电源 B．电视机长时间处于待机状态

C．长时间外出需要切断热水器电源 D．手机充电结束后拔掉充电器

9．目前许多城市的居民使用煤气、天然气为燃料。关于煤气、天然气，下列正确的是（　　）

A．是一次能源，是可再生能源

B．是一次能源，是不可再生能源

C．是二次能源，是可再生能源

D．是二次能源，是不可再生能源

10．PM2.5主要来自化石燃料的燃烧以及生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是（　　）

A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用

B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源

C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源

D．能量利用的品质降低说明自然界的能量正在不断减少

11．（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

12．（多选）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。某企业利用“煤粉加压气化制备合成气”新技术，让煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90%），把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是（　　）

A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化

B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化

C．该技术实现了煤的清洁利用

D．该技术实现了煤的高效利用

13．三峡水利工程的坝高h0＝185 m，正常水位为h＝175 m，水库容积V＝3.93×1010 m3，装机容量（发电机的总功率）P＝1.768×107 kW，假设发电机效率为η＝80%，试根据这些数据计算出三峡水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位．（不进行具体计算，用字母表示）

14．某地平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面．如果这个风车能将圆面内10％的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大?

题组C  培优拔尖练

15．关于能量和能源，下列说法正确的是  （　　）

A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源

B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

C．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了

16．研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示。风对叶片做功，将部分风能转化为电能。设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则（    ）

A．P ∝ rv 3 B．P ∝ r2v 2 C．P ∝ r2v 3 D．P ∝ rv 4

17．下列说法正确的是（　　）

A．根据能量守恒定律，节约能源是没有必要的

B．只有密封的金属容器才能实现静电屏蔽

C．用手搓新塑料袋袋口，塑料袋更容易打开，是因为摩擦起电现象

D．对于常用的干电池，体积越大，它的电动势也越大

18．智能手机耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接为移动设备充电的储能装置，充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值，一般在0.6~0.7，如图为某一款移动充电宝，其参数见下表，下列说法正确的是（　　）

A．充电宝充电时将电能转化为内能

B．该充电宝最多能储存的能量为

C．该充电宝电量从零到完全充满所用时间约为2h

D．用该充满电的充电宝给电量为零、容量为3000mAh的手机充电，理论上能充满4次

19．（多选）在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确是（　　）

A．能量耗散说明能量在不断的减少

B．能量耗散遵循能量守恒定律

C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失

D．能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

20．（多选）下列关于能量转化的说法，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

B．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的

C．各种形式的能量在转化时，总能量可增可减

D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的

21．科学家们通过大量的实践研究，估算出了整个地球表面接受的太阳辐射能主要去向的数据，如表所示。

根据以上数据试估算地球对太阳能的利用率有多大？每年通过植物的光合作用转化的化学能为多少？

22．人们常用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度，这是指在平均日地距离时地球大气层外界垂直于太阳辐射的、接收的太阳辐射能量值。近年来，通过各种手段测得太阳常数标准值为。地球半径约为。试根据上述数据估算太阳每秒辐射到地球的总能量。