人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展精练

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（一）课前阅读：
1.近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？
2．内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？
（二）基础梳理
能量守恒定律
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)．
【典例精析】
例1．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
例2．某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为( )
A．P＝eq \f(1,2)ρSv B．P＝eq \f(1,2)ρSv2
C．P＝eq \f(1,2)ρSv3 D．P＝eq \f(1,2)ρSv4
二、能量转移或转化的方向性
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．
【典例精析】
例3．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
例4．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是( )
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确
D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
三、能源的分类与应用 能源与社会发展
1．能源的分类
按可否再生分为可再生能源与不可再生能源
(1)不可再生能源：人们把煤炭、石油、天然气叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，被叫作不可再生能源．
(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等．
2．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值小于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．
3．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．
【典例精析】
例5．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg.发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)
1．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2．应用能量转化与守恒解题的步骤
(1)首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
3．能源的分类方式及能源特点对比
4．能源对环境的影响
(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。
(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题。例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。
一、单选题
1．（2022·山西·高二统考学业考试）2021年全国青年科普创新实验大赛中风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，2022年该大赛中太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物。关于它们的能量转化，以下说法正确的是（ ）
A．都是将电能转化为机械能
B．都是将风能转化为机械能
C．风帆车将风能转化为机械能，太空车将电能转化为机械能
D．风帆车将电能转化为机械能，太空车将风能转化为机械能
2．（2022春·海南省直辖县级单位·高一校考期中）以下几种发电方式，属于利用机械能转化为电能的是（ ）
A．核电站发电B．太阳能发电
C．风力发电D．火力发电
3．（2023·浙江金华·统考模拟预测）碳酸饮料具有高热量，过量饮用会影响身体健康。如图所示是一款碳酸饮料的相关信息，与图中“大卡”对应的单位是（ ）
A．WB．JC．KD．
4．（2023春·宁夏银川·高二统考学业考试）能量守恒定律是人类认识自然的最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是（ ）
A．不同形式的能量之间可以相互转化
B．能量可以被创生，也可以被消灭
C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源
D．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
5．（2023春·辽宁辽阳·高二统考期末）一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（ ）
A．化学能转化为电能B．内能转化为电能
C．光能转化为电能D．机械能转化为电能
6．（2023春·浙江衢州·高一统考期末）如图所示，为我国某地的一风力发电机，其叶片的半径为R，若风速恰好与叶片转动所在圆面垂直，风力发电机将风能转化为电能的效率为η。已知空气密度为ρ，风速为v。下列说法正确的是（ ）

A．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为
B．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为
C．该风力发电机的输出功率为
D．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为
7．（2023春·江苏徐州·高一徐州市第一中学校考期中）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。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。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2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（ ）
A．水能是不可再生能源
B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义
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2.435×104万元
8．（2023春·浙江台州·高一浙江省临海市大田中学校考阶段练习）风能是一种洁净、无污染、可再生的能源，临海括苍山山顶上建有全国第四大风力发电场，如图所示。已知该地区的风速约为6m/s，空气密度约，已知风力发电机的风叶叶片长度为40m，且风能的30％可转化为电能，则一台发电机发电功率约为（ ）
A．B．
C．D．
二、多选题
9．（2023春·内蒙古包头·高一统考期末）现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式。下列做法符合节能要求的是（ ）
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
10．（2022·高二课时练习）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
11．（2023·全国·高三专题练习）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．（2022·高三课时练习）下列关于能量耗散的说法正确的是（ ）
A．能量耗散使能量的总量减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
D．能量耗散导致能量品质的降低
13．（2023·全国·高三专题练习）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（ ）
A．小球机械能不守恒
B．小球能量正在消失
C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化
D．总能量守恒，但小球的机械能减少
14．（2023·全国·高三专题练习）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
15．（2023·浙江温州·乐清市知临中学校考模拟预测）三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m，水的流量约为。船只通航需要约的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。则三峡发电站（ ）
A．最大功率约为
B．年发电量约为
C．天发电量能充满约辆新能源汽车
D．通航一天流失的能量
16．（2022春·山西·高一统考期末）2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（ ）
A．谷爱凌运动到点的速度为
B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为
C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大
D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置
课程标准
学习目标
知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。
了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响
1.掌握能量守恒定律的内容和重要意义.
2.了解什么是能源的耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性.
3.了解能源的分类与应用.
4.认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识．
一、能量守恒定律、能量转移或转化的方向性
1．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 ．
2．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
【拓展补充】
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象:原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升?
二、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 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： 发电、水力发电、 发电、 发电．
【即学即练】
判断下列说法的正误.
(1)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源．( )
(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体．( )
三、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 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 、 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．
【即学即练】
判断下列说法的正误.
(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．( )
(4)能量的耗散就是能量的总量在减少．( )
分类方法
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、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
的污染情
况分
清洁能源
对环境基本没有污染
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)