資源簡介

第二節　能源的利用方式
第三節　能量的轉化與守恒
第四節　能源與環境
學習目標　1.知道自然界中常見的能源和利用方式。2.理解能量的轉化與守恒定律。3.了解能量轉化(轉移)的方向性。4.知道能源危機與環境污染與每個人息息相關。
知識點一　能源的分類和利用
1.能源的分類
(1)化石能源：如石油、煤炭、天然氣等。
現狀：①環境污染 ②能源短缺。
(2)新能源：如__________、風能、____________、核能等。
2.能源的利用
(1)水能資源包括____________、____________、波浪能、海流能等，主要利用水的__________與____________，屬于清潔可再生能源。
(2)風能主要利用風的動能發電，屬于清潔可再生能源。
(3)太陽能利用方式較多，主要有太陽能的光熱轉換，光電轉換和光化學轉換，也可發電，屬于清潔可再生能源。
(4)核能主要利用原子核的裂變發電。
【思考】
我國目前的能源形勢主要有哪幾個方面？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (多選)(2024·廣東惠州一中月考)(粵教版教材P110觀察與思考拓展)如圖是某地一風力發電機，它的葉片轉動時可形成直徑為40 m的圓面。若該地區的風速是5.0 m/s，風向恰好跟葉片轉動形成的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2 kg/m3，風力發電機能將此圓內10%的空氣動能轉化為電能(π取3.14)，則(　　)
A.每秒沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的體積約為6.28×103 m3
B.每秒沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的體積約為2.51×104 m3
C.此風力發電機發電的功率約為9.42×103 W
D.此風力發電機發電的功率約為1.89×103 W
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 太陽能是人類最基本的能源，它無污染、無費用，這種能源的使用期和太陽本身壽命一樣長，當太陽光照射地面時，在1 m2地面上1 s內平均得到的太陽輻射能約為1.0×103 J。太陽能熱水器就是直接利用太陽能的裝置，曉陽在網上下載了某型號太陽能熱水器的宣傳廣告：(水的比熱容c＝4.2×103 J/kg·℃)
容積(V)　　　　　　　100 L
集熱管的采光面積(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)曉陽家每天大約需要100 kg熱水，用這種熱水器將這些水從25 ℃加熱到45 ℃需要多長時間？
(2)與效率為80%的電熱水器相比，曉陽家每天節約多少電能？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知識點二　能量的轉化與守恒
汽車關閉發動機后，向前滑動一段距離就停下來，可見汽車的動能憑空消失了，這種說法對嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.能量的轉化和轉移
不同形式的能量可以相互轉化：
(1)水力發電→水的機械能轉化為________能。
(2)化學電池充電→電能轉化為__________能；化學電池使用→化學能轉化為__________能。
(3)光合作用→光能轉化為化學能；木材燃燒→化學能轉化為________能和________能。
2.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，在轉化和轉移過程中其總量________。
3.能量轉化(轉移)的方向性
(1)熱傳導過程是有________的。熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳導過程是能________進行的，而其相反方向的過程是不能自發進行的。
(2)機械能全部轉化為內能的過程是可以________進行的，而其相反方向的過程是不能自發進行的。
(3)在自然界的一切自發過程中，能量的轉化(轉移)都是有________性的，但都不違反____________________。
【思考】
1.電流通過電阻絲時，電能轉化為內能，電阻絲能自發的把內能收集起來轉化回電能嗎？該現象說明涉及內能的能量轉化時有沒有方向性？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.判斷正誤
(1)人類在不斷地開發和利用新能源，所以能量可以被創造。(　　)
(2)由能量守恒定律知，能量是取之不盡用之不竭的，也不必要節約能源。(　　)
(3)熱量可以自發地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發地從低溫物體傳向高溫物體。(　　)
例3 瀑布從20 m高處以103m3/s的流量豎直落下，流進底部的水輪機后再以2 m/s的速度流出，水輪機再帶動發電機發電。如果水的機械能轉化為電能的效率是80%，那么發電機發出的電功率有多大(瀑布在山頂的速度可忽略不計，g取10 m/s2，結果保留3位有效數字)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練1 某地強風的風速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風的動能完全轉化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為(　　)
A.P＝ρSv B.P＝ρSv2
C.P＝ρSv3 D.P＝ρSv4
訓練2 (多選)根據能量守恒及其轉化和轉移的方向性，下列判斷正確的是(　　)
A.電流的電能不可能全部轉化為內能
B.在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部轉化為電能
C.熱機中，燃氣的內能不可能完全轉化為機械能
D.能量不能被創造或被消滅
知識點三　能源與環境問題
1.能源的重要性：能源是社會存在與發展不可或缺的必需品，是國民經濟運動的物質基礎，它與材料、信息構成現代社會的三大支柱。
2.由能源開發利用所造成的環境污染，則是導致環境問題日益嚴重的主要原因
(1)對大氣環境的影響：能源開發排出的有害氣體改變原有空氣的組成，并引起污染，造成全球氣候變化。
(2)對生態環境的影響：主要有對動植物、微生物、土地、海洋、河流水分等天然物質要素的破壞，以及對地面、地下的各種建筑物和相關設施等人工物質要素的負面影響。
(3)對居住環境的影響：空氣能見度低，引起酸雨進而腐蝕建筑、抑制植物生長、間接加劇溫室效應等，導致環境質量下降。
3.環境保護
當前，環境科技已成為人們促進可持續發展的重要手段之一，遙感技術、核技術、高梯度磁分離技術、活性炭技術、生物工程技術等新技術在環境保護中的廣泛應用，為環境問題的解決提供了有效途徑。
例4 最有利于環境保護的供熱方式是(　　)
A.用煤做燃料供熱
B.用太陽能供熱
C.用石油做燃料供熱
D.用天然氣和煤氣做燃料供熱
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂對點自測
1.(能源的分類和利用)下述做法能改善空氣質量的是(　　)
A.以煤等燃料作為主要生活燃料
B.利用太陽能、風能和氫能等干凈能源替代化石能源
C.鼓勵私人購買和使用汽車代替公交車
D.限制使用電動車
2.(能量的轉化與守恒)有兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能：甲車靠小型發電機——踩動單車時，線圈在磁場中轉動，產生電能，如圖甲所示；乙車靠車筐底部的太陽能電池板——有光照時，吸收太陽光，產生電能，如圖乙所示。這兩種共享單車獲取電能時，都是把其他形式的能轉化為電能。關于它們的能量轉化，下列說法中正確的是(　　)
A.都是把機械能轉化為電能
B.都是把光能轉化為電能
C.甲車把機械能轉化為電能，乙車把光能轉化為電能
D.甲車把光能轉化為電能，乙車把機械能轉化為電能
3.(能源與環境問題)(多選)為了減緩大氣中CO2濃度的增加，可以采取的措施有(　　)
A.禁止使用煤、石油和天然氣
B.開發使用核能、太陽能
C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣
D.植樹造林
第二節　能源的利用方式
第三節　能量的轉化與守恒
第四節　能源與環境
知識點一
1.(2)水能　太陽能　2.(1)河流水能　潮汐水能　動能　重力勢能
[思考] 提示　(1)我國的能源比較豐富，但其分布很不均勻。
(2)在一次性能源的構成中，煤炭仍然占有主要地位。
(3)內陸和中西部城鎮主要以煤和火電為主；廣大農村和邊遠地區大多使用農作物秸稈等生物能源。
(4)人均能源資源不足。我國是世界第三大能源生產國和第二大能源消費國，而我國能源短缺，特別是油氣資源短缺已成為制約我國經濟發展的重要因素。
(5)能源消費結構不合理。
(6)能源消費系數高、效率低。
(7)環境形勢嚴峻等。
例1 AC　[每秒沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的體積約為V0＝vS＝vπR2＝5.0×3.14×()2 m3＝6.28×103 m3，故A正確，B錯誤；每秒內沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的動能約為Ek＝ρV0v2＝×1.2×6.28×103×52 J＝9.42×104 J，依題意可知此風力發電機的功率約為P＝Ek×10%＝9.42×103 W，故C正確，D錯誤。]
例2 (1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
解析　(1)設T為光照時間k＝1.0×103 J/(s·m2)
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J
太陽能熱水器傳給水的熱量Q放＝kSTη
因為Q吸＝Q放
所以T＝＝ s＝1.4×104 s≈3.9 h。
(2)由Q電＝Wη1＝Q放得W＝＝ J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h。
知識點二
導學　提示　不對，汽車的動能轉化為內能，并沒有憑空消失。
知識梳理
1.(1)電　(2)化學　電　(3)光　內　2.產生　消失　轉化　轉移　不變　3.(1)方向性　自發　(2)自發　(3)方向　能量守恒定律
[思考]
1.提示　不能　有
2.(1)×　(2)×　(3)×
例3 1.58×105 kW
解析　設t時間內落下的水的質量為m，以t時間內落下的水為研究對象
豎直下落后減少的機械能為E＝mgh－mv2
轉化為電能的功率為
P＝＝＝(gh－)×80%＝1.0×103×103×(10×20－×22)×0.8 W＝1.58×108 W＝1.58×105 kW。
訓練1 C　[風能完全轉化為電能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，聯立解得P＝＝ρSv3，A、B、D錯誤，C正確。]
訓練2 BCD　[電流具有熱效應，電能可能全部轉化為內能，故A錯誤；在火力發電中，燃氣的內能不可能全部轉化為電能，還有一部分內能耗散了，故B正確；熱機的效率不可能達到100%，故C正確；根據能量守恒定律可知，能量不能被創造或被消滅，故D正確。]
知識點三
例4 B　[煤做燃料供熱會釋放二氧化碳，產生溫室效應，且會產生二氧化硫，不利于環境保護，選項A錯誤；太陽能是利用光能轉化為電能供熱，是清潔能源，有利于環境保護，選項B正確；石油做燃料釋放氮氧化物和二氧化硫，可形成酸雨，不利于環境保護，選項C錯誤；天然氣或煤氣燃燒都會釋放碳氧化物，不利于環境保護，選項D錯誤。]
隨堂對點自測
1.B　[以煤作為主要生活燃料會產生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害氣體，污染大氣，導致溫室效應、酸雨等環境問題，故A錯誤；利用太陽能、風能等替代化石能源可以減少有害氣體的排放，解決能源問題的最佳方法是開發新能源(如風能、地熱能、氫能、水能、核能、生物質能等)，故B正確；汽車尾氣中含有氮氧化物和硫氧化物，會嚴重污染大氣，故C錯誤；使用電動車不會產生污染，故限制使用電動車不能改善空氣質量，故D錯誤。]
2.C　[甲車靠小型發電機——踩動單車時，線圈在磁場中轉動，產生電能，故是將機械能轉化為電能；乙車靠車筐底部的太陽能電池板——有光照時，吸收太陽光，產生電能，故是將光能轉化為電能，故A、B、D錯誤，C正確。]
3.BD　[能源利用與環境保護是相互制約的，要盡量節約常規能源的使用，大力開發新能源，植樹造林，故B、D正確。]第二節　能源的利用方式　第三節　能量的轉化與守恒　第四節　能源與環境
(分值：100分)
選擇題1～11題，每小題8分，共88分。
對點題組練
題組一　能源的分類與利用
1.一艘帆船只在風力作用下航行，該帆船動能由(　　)
風能轉化而來 核能轉化而來
太陽能轉化而來 化學能轉化而來
2.三峽水力發電站是我國最大的水力發電站，三峽水庫蓄水后，平均水位落差約100 m。假設通過水輪機以后水的動能為零，下列說法正確的是(　　)
水下落過程中重力勢能增加
水下落過程中機械能增加
水減少的一部分機械能轉化為電能
重力對水做負功
3.光伏發電是利用太陽能的技術之一，它利用太陽能電池板，將照射在其上的太陽能轉化為電能。農村居民院落或屋頂的光伏發電裝置除滿足居民家庭用電，還可向電網供電獲得收益。太陽光垂直照射地面，在每平方米的面積上，平均每分鐘能得到8.4×104 J的太陽能量，如果我們能利用太陽能的10%，那么在面積為50 m2的屋頂上可以利用的太陽能的功率最大為(　　)
7 kW 8.4 kW 70 kW 420 kW
題組二　能量的轉化與守恒
4.關于能量轉化有下列說法：
①太陽能熱水器把太陽能轉化為水的內能　②電熱水器把電能轉化為水的內能　③燃氣熱水器把電能轉化為水的內能　④空調把空氣的內能轉化為電能
其中正確的是(　　)
①② ①③ ②③ ①④
5.(多選)電池給燈泡供電與人將球拋出在能量轉化方面有相似之處，我們可以將電勢能類比于重力勢能，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
可以將電流通過燈泡時電流做功與拋球時人對球做的功相類比
可以將電池的非靜電力做功與拋球時人對球做的功類比
可以將電流通過燈泡時做的功與球下落時重力對球做的功類比
可以將電池的非靜電力做功與球下落時重力對球做功類比
6.如圖所示，一個粗細均勻的U形管內裝有同種液體，液體質量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內液體的總長度為4h，現拿去蓋板，液體開始運動。由于管壁的阻力作用，最終管內液體停止運動，重力加速度為g，則該過程中產生的內能為(　　)
mgh mgh mgh mgh
題組三　能源與環境
7.能源短缺和環境惡化指的是(　　)
①煤炭和石油的開采與技術有關，在當前技術條件下，煤炭和石油的開采是有限度的，這叫能源短缺
②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲藏將在百年內用盡，煤炭資源也不可能永續，這叫能源短缺
③煤炭和石油具有大量的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會聚存在空氣中污染空氣，使環境惡化
④大量煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了成分使環境惡化
①③ ①④ ②③ ②④
8.節約能源的主要措施是(　　)
大力開發新能源
大量利用太陽能、地熱能
大量利用風能、水能
采用新技術、新設備，更新改造落后的技術設備
綜合提升練
9.如圖所示，A、B是兩個完全相同的鐵球，A放在絕熱板上，B用絕熱繩懸掛。現只讓它們吸收熱量，當它們升高相同的溫度時，它們所吸收的熱量分別為QA、QB，則(　　)
QA＝QB QA＜QB QA＞QB 無法確定
10.我國自古有“晝漲稱潮，夜漲稱汐”的說法。潮汐主要是由太陽和月球對海水的引力造成的，以月球對海水的引力為主。如圖是某類潮汐發電示意圖。漲潮時開閘門，水由通道進入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點時關閉閘門。落潮時開閘門放水發電。設海灣水庫的面積為5.0×108 m2，平均潮差為3.0 m，一天漲、落潮兩次，發電的平均能量轉化率為10%，水的密度為1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，則一天內發電的平均功率約為(　　)
2.6×104 kW 5.2×104 kW
2.6×105 kW 5.2×105 kW
11.電動車的前輪裝有發電機，發電機與蓄電池連接。當騎車者用力蹬車或電動自行車自動滑行時，電動自行車就可以通過發電機向蓄電池充電，將其他形式的能轉化成電能儲存起來。某人騎車以500 J的初動能在粗糙的水平路面上滑行。第一次關閉自動充電裝置，讓車自由滑行，其動能隨位移變化的關系如圖中圖線①所示；第二次啟動自動充電裝置，其動能隨位移變化的關系如圖中圖線②所示，則第二次向蓄電池所充的電能是(　　)
200 J 250 J 300 J 500 J
培優加強練
12.(12分)(2024·廣東深圳高二期末) 風力發電是利用風的動能推動風力發電機的葉片轉動而產生電能的。某風力發電場安裝有2臺超大型風力發電機，每片扇葉長達80 m，該地區常年的平均風速v＝5.0 m/s，風向跟葉片轉動的圓面垂直，空氣的密度ρ＝1.25 kg/m3，風力發電機的葉片轉動時可形成半徑R＝80 m的圓面。已知風力發電機能將通過圓面的空氣的動能的10%轉化為電能，計算結果均保留3位有效數字。
(1)(6分)求每臺風力發電機的發電功率P；
(2)(6分)已知標準煤的熱值q＝3.0×107 J/kg，則該風力發電場年發電量相當于燃燒多少標準煤產生的熱量？
第二節　能源的利用方式
第三節　能量的轉化與守恒
第四節　能源與環境
1.A　[一艘帆船只在風力作用下航行，通過風力對帆船做功，將風能轉化為帆船的動能，故A正確。]
2.C　[水下落的過程中，質量不變，高度降低，重力做正功，所以重力勢能減小，故A、D錯誤；水下落過程中，沒有除了重力之外的其他力對水做正功，機械能不會增加，故B錯誤；水減少的一部分機械能轉化為電能，故C正確。]
3.A　[經過時間t，能夠利用的太陽能E0＝t×50×10%J＝7t×103 J，根據功率的表達式有Pmax＝，解得Pmax＝7 kW，故A正確。]
4.A　[太陽能熱水器使水溫度升高，把太陽能轉化為水的內能，①正確；電熱水器使水溫度升高，把電能轉化為水的內能，②正確；燃氣熱水器把燃氣的化學能轉化為水的內能，③錯誤；空調消耗電能，使得內外空氣的內能發生轉移，④錯誤，故A正確。]
5.BC　[電流通過燈泡時，電流做功將電能轉化為其他形式的能，與之對應的是球下落時重力做功將重力勢能轉化為其他形式的能，故A錯誤，C正確；電池的非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能，與之對應的是人將球向上拋出對球做功將其他形式的能轉化為重力勢能，故B正確，D錯誤。]
6.A　[去掉右側蓋板之后，
液體向左側流動，最終兩側液面相平，液體的重力勢能減少，減少的重力勢能轉化為內能。如圖所示，最終狀態可等效為右側h的液柱移到左側管中，即增加的內能等于該液柱減少的重力勢能，則Q＝mg· h＝mgh，故A正確。]
7.D　[能源短缺簡單地說就是能源儲備量不能滿足人類的需求，它可以分為相對性短缺(技術性短缺)和絕對性短缺(資源性短缺)，相對性短缺是指由于人的使用方式不恰當，使用效率不高造成的短缺；絕對性短缺是由于存儲總量有限造成的。環境惡化是指資源破壞、生態破壞、土地沙化、物種減少、人類環境惡化、沙塵暴、水土流失等等，故D正確。]
8.D　[在能源的利用中，雖然能量守恒，但可以有效利用的能量只占其中一部分，另外的一部分未被利用而散失了。因此，提高能源的利用率，節約能源是一個關系國民經濟發展的重大問題，而提高能源利用率，節約能源，離不開科學技術的進步。采用新技術、新設備，更新落后的技術設備是節能的主要措施，故D正確。]
9.C　[A、B升高相同的溫度，根據Q＝cmΔt，可知，升溫需要的能量是相同的。由于受熱膨脹，A的重心升高，重力勢能增加，吸收的熱量QA一部分用于升溫，剩余部分用于增加重力勢能ΔEpA，即QA＝Q＋ΔEpA，B受熱膨脹重心降低，重力勢能減小，吸收的熱量QB和減少的重力勢能ΔEpB共同用于升溫，即Q＝QB＋ΔEpB，顯然QA>QB，故C正確。]
10.B　[發電時水減少的重力勢能ΔEp＝mg＝ρShg，一天發電兩次，轉化成的電能E＝2ΔEp×10%，所以P＝＝5.2×104 kW，故B正確，A、C、D錯誤。]
11.A　[電動自行車在運動過程中的摩擦力大小不變，從題圖看出，第二次的位移是第一次的，故沒被轉化為內能的能量為初動能的，由能量守恒定律得所充的電能為Ek0＝×500 J＝200 J，A正確，B、C、D錯誤。]
12.(1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg
解析　(1)設單位時間(t0＝1 s)內通過每臺風力發電機葉片轉動形成圓面的空氣的體積為V、動能為Ek，則有V＝πr2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10%Ek
解得P＝1.57×105 W。
(2)2臺風力發電機發電的功率為2P，年發電時間t＝365×24×3 600 s，設年發電量為E
則有E＝2Pt，E＝qm
解得m≈3.30×105 kg。(共46張PPT)
第二節　能源的利用方式
第三節　能量的轉化與守恒
第四節　能源與環境
第五章　電能與能源的可持續發展
1.知道自然界中常見的能源和利用方式。2.理解能量的轉化與守恒定律。3.了解能量轉化(轉移)的方向性。4.知道能源危機與環境污染與每個人息息相關。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　能量的轉化與守恒
知識點一　能源的分類和利用
知識點三　能源與環境問題
知識點一　能源的分類和利用
1.能源的分類
(1)化石能源：如石油、煤炭、天然氣等。
現狀：①環境污染 ②能源短缺。
(2)新能源：如______、風能、_________、核能等。
水能
太陽能
2.能源的利用
(1)水能資源包括____________、____________、波浪能、海流能等，主要利用水的______與____________，屬于清潔可再生能源。
(2)風能主要利用風的動能發電，屬于清潔可再生能源。
(3)太陽能利用方式較多，主要有太陽能的光熱轉換，光電轉換和光化學轉換，也可發電，屬于清潔可再生能源。
(4)核能主要利用原子核的裂變發電。
河流水能　
潮汐水能
動能
重力勢能
【思考】
我國目前的能源形勢主要有哪幾個方面？
提示　(1)我國的能源比較豐富，但其分布很不均勻。
(2)在一次性能源的構成中，煤炭仍然占有主要地位。
(3)內陸和中西部城鎮主要以煤和火電為主；廣大農村和邊遠地區大多使用農作物秸稈等生物能源。
(4)人均能源資源不足。我國是世界第三大能源生產國和第二大能源消費國，而我國能源短缺，特別是油氣資源短缺已成為制約我國經濟發展的重要因素。
(5)能源消費結構不合理。
(6)能源消費系數高、效率低。
(7)環境形勢嚴峻等。
AC
例1 (多選) (2024·廣東惠州一中月考)(粵教版教材P110觀察與思考拓展)如圖是某地一風力發電機，它的葉片轉動時可形成直徑為40 m的圓面。若該地區的風速是5.0 m/s，風向恰好跟葉片轉動形成的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2 kg/m3，風力發電機能將此圓內10%的空氣動能轉化為電能(π取3.14)，則(　　)
A.每秒沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的體積約為6.28×103 m3
B.每秒沖擊風力發電機葉片圓面的氣流的體積約為2.51×104 m3
C.此風力發電機發電的功率約為9.42×103 W
D.此風力發電機發電的功率約為1.89×103 W
例2 太陽能是人類最基本的能源，它無污染、無費用，這種能源的使用期和太陽本身壽命一樣長，當太陽光照射地面時，在1 m2地面上1 s內平均得到的太陽輻射能約為1.0×103 J。太陽能熱水器就是直接利用太陽能的裝置，曉陽在網上下載了某型號太陽能熱水器的宣傳廣告：(水的比熱容c＝4.2×103 J/kg·℃)
容積(V)　　　　　　　100 L
集熱管的采光面積(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)曉陽家每天大約需要100 kg熱水，用這種熱水器將這些水從25 ℃加熱到45 ℃需要多長時間？
(2)與效率為80%的電熱水器相比，曉陽家每天節約多少電能？
答案　(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
解析　(1)設T為光照時間k＝1.0×103 J/(s·m2)
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J
太陽能熱水器傳給水的熱量Q放＝kSTη
因為Q吸＝Q放
知識點二　能量的轉化與守恒
汽車關閉發動機后，向前滑動一段距離就停下來，可見汽車的動能憑空消失了，這種說法對嗎？
提示　不對，汽車的動能轉化為內能，并沒有憑空消失。
1.能量的轉化和轉移
不同形式的能量可以相互轉化：
(1)水力發電→水的機械能轉化為___能。
(2)化學電池充電→電能轉化為____能；化學電池使用→化學能轉化為___能。
(3)光合作用→光能轉化為化學能；木材燃燒→化學能轉化為___能和___能。
2.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，在轉化和轉移過程中其總量______。
電
化學
電
光
內
產生
消失
轉化
轉移
不變
3.能量轉化(轉移)的方向性
方向性
(1)熱傳導過程是有_________的。熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳導過程是能______進行的，而其相反方向的過程是不能自發進行的。
(2)機械能全部轉化為內能的過程是可以______進行的，而其相反方向的過程是不能自發進行的。
(3)在自然界的一切自發過程中，能量的轉化(轉移)都是有______性的，但都不違反__________________。
自發
自發
方向
能量守恒定律
【思考】
1.電流通過電阻絲時，電能轉化為內能，電阻絲能自發的把內能收集起來轉化回電能嗎？該現象說明涉及內能的能量轉化時有沒有方向性？
提示　不能　有
2.判斷正誤
(1)人類在不斷地開發和利用新能源，所以能量可以被創造。( )
(2)由能量守恒定律知，能量是取之不盡用之不竭的，也不必要節約能源。
( )
(3)熱量可以自發地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發地從低溫物體傳向高溫物體。( )
×
×
×
例3 瀑布從20 m高處以103m3/s的流量豎直落下，流進底部的水輪機后再以2 m/s的速度流出，水輪機再帶動發電機發電。如果水的機械能轉化為電能的效率是80%，那么發電機發出的電功率有多大(瀑布在山頂的速度可忽略不計，g取10 m/s2，結果保留3位有效數字)
答案　1.58×105 kW
解析　設t時間內落下的水的質量為m，以t時間內落下的水為研究對象
轉化為電能的功率為
C
訓練1 某地強風的風速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風的動能完全轉化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為(　　)
BCD
訓練2 (多選)根據能量守恒及其轉化和轉移的方向性，下列判斷正確的是(　 　)
A.電流的電能不可能全部轉化為內能
B.在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部轉化為電能
C.熱機中，燃氣的內能不可能完全轉化為機械能
D.能量不能被創造或被消滅
解析　電流具有熱效應，電能可能全部轉化為內能，故A錯誤；在火力發電中，燃氣的內能不可能全部轉化為電能，還有一部分內能耗散了，故B正確；熱機的效率不可能達到100%，故C正確；根據能量守恒定律可知，能量不能被創造或被消滅，故D正確。
知識點三　能源與環境問題
1.能源的重要性：能源是社會存在與發展不可或缺的必需品，是國民經濟運動的物質基礎，它與材料、信息構成現代社會的三大支柱。
2.由能源開發利用所造成的環境污染，則是導致環境問題日益嚴重的主要原因
(1)對大氣環境的影響：能源開發排出的有害氣體改變原有空氣的組成，并引起污染，造成全球氣候變化。
(2)對生態環境的影響：主要有對動植物、微生物、土地、海洋、河流水分等天然物質要素的破壞，以及對地面、地下的各種建筑物和相關設施等人工物質要素的負面影響。
(3)對居住環境的影響：空氣能見度低，引起酸雨進而腐蝕建筑、抑制植物生長、間接加劇溫室效應等，導致環境質量下降。
3.環境保護
當前，環境科技已成為人們促進可持續發展的重要手段之一，遙感技術、核技術、高梯度磁分離技術、活性炭技術、生物工程技術等新技術在環境保護中的廣泛應用，為環境問題的解決提供了有效途徑。
B
例4 最有利于環境保護的供熱方式是(　　)
A.用煤做燃料供熱 B.用太陽能供熱
C.用石油做燃料供熱 D.用天然氣和煤氣做燃料供熱
解析　煤做燃料供熱會釋放二氧化碳，產生溫室效應，且會產生二氧化硫，不利于環境保護，選項A錯誤；太陽能是利用光能轉化為電能供熱，是清潔能源，有利于環境保護，選項B正確；石油做燃料釋放氮氧化物和二氧化硫，可形成酸雨，不利于環境保護，選項C錯誤；天然氣或煤氣燃燒都會釋放碳氧化物，不利于環境保護，選項D錯誤。
隨堂對點自測
2
B
1.(能源的分類和利用)下述做法能改善空氣質量的是(　　)
A.以煤等燃料作為主要生活燃料
B.利用太陽能、風能和氫能等干凈能源替代化石能源
C.鼓勵私人購買和使用汽車代替公交車
D.限制使用電動車
解析　以煤作為主要生活燃料會產生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害氣體，污染大氣，導致溫室效應、酸雨等環境問題，故A錯誤；利用太陽能、風能等替代化石能源可以減少有害氣體的排放，解決能源問題的最佳方法是開發新能源(如風能、地熱能、氫能、水能、核能、生物質能等)，故B正確；汽車尾氣中含有氮氧化物和硫氧化物，會嚴重污染大氣，故C錯誤；使用電動車不會產生污染，故限制使用電動車不能改善空氣質量，故D錯誤。
C
2.(能量的轉化與守恒)有兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能：甲車靠小型發電機——踩動單車時，線圈在磁場中轉動，產生電能，如圖甲所示；乙車靠車筐底部的太陽能電池板——有光照時，吸收太陽光，產生電能，如圖乙所示。這兩種共享單車獲取電能時，都是把其他形式的能轉化為電能。關于它們的能量轉化，下列說法中正確的是(　　)
A.都是把機械能轉化為電能
B.都是把光能轉化為電能
C.甲車把機械能轉化為電能，乙車把光能轉化為電能
D.甲車把光能轉化為電能，乙車把機械能轉化為電能
解析　甲車靠小型發電機——踩動單車時，線圈在磁場中轉動，產生電能，故是將機械能轉化為電能；乙車靠車筐底部的太陽能電池板——有光照時，吸收太陽光，產生電能，故是將光能轉化為電能，故A、B、D錯誤，C正確。
BD
3.(能源與環境問題)(多選)為了減緩大氣中CO2濃度的增加，可以采取的措施有(　　)
A.禁止使用煤、石油和天然氣
B.開發使用核能、太陽能
C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣
D.植樹造林
解析　能源利用與環境保護是相互制約的，要盡量節約常規能源的使用，大力開發新能源，植樹造林，故B、D正確。
課后鞏固訓練
3
A
1.一艘帆船只在風力作用下航行，該帆船動能由(　　)
A.風能轉化而來 B.核能轉化而來
C.太陽能轉化而來 D.化學能轉化而來
解析　一艘帆船只在風力作用下航行，通過風力對帆船做功，將風能轉化為帆船的動能，故A正確。
對點題組練
題組一　能源的分類與利用
C
2.三峽水力發電站是我國最大的水力發電站，三峽水庫蓄水后，平均水位落差約100 m。假設通過水輪機以后水的動能為零，下列說法正確的是(　　)
A.水下落過程中重力勢能增加
B.水下落過程中機械能增加
C.水減少的一部分機械能轉化為電能
D.重力對水做負功
解析　水下落的過程中，質量不變，高度降低，重力做正功，所以重力勢能減小，故A、D錯誤；水下落過程中，沒有除了重力之外的其他力對水做正功，機械能不會增加，故B錯誤；水減少的一部分機械能轉化為電能，故C正確。
A
3.光伏發電是利用太陽能的技術之一，它利用太陽能電池板，將照射在其上的太陽能轉化為電能。農村居民院落或屋頂的光伏發電裝置除滿足居民家庭用電，還可向電網供電獲得收益。太陽光垂直照射地面，在每平方米的面積上，平均每分鐘能得到8.4×104 J的太陽能量，如果我們能利用太陽能的10%，那么在面積為50 m2的屋頂上可以利用的太陽能的功率最大為(　　)
A.7 kW B.8.4 kW C.70 kW D.420 kW
A
題組二　能量的轉化與守恒
4.關于能量轉化有下列說法：
①太陽能熱水器把太陽能轉化為水的內能　②電熱水器把電能轉化為水的內能　③燃氣熱水器把電能轉化為水的內能　④空調把空氣的內能轉化為電能
其中正確的是(　　)
A.①② B.①③ C.②③ D.①④
解析　太陽能熱水器使水溫度升高，把太陽能轉化為水的內能，①正確；電熱水器使水溫度升高，把電能轉化為水的內能，②正確；燃氣熱水器把燃氣的化學能轉化為水的內能，③錯誤；空調消耗電能，使得內外空氣的內能發生轉移，④錯誤，故A正確。
BC
5.(多選)電池給燈泡供電與人將球拋出在能量轉化方面有相似之處，我們可以將電勢能類比于重力勢能，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.可以將電流通過燈泡時電流做功與拋球時人對球做的功相類比
B.可以將電池的非靜電力做功與拋球時人對球做的功類比
C.可以將電流通過燈泡時做的功與球下落時重力對球做的功類比
D.可以將電池的非靜電力做功與球下落時重力對球做功類比
解析　電流通過燈泡時，電流做功將電能轉化為其他形式的能，與之對應的是球下落時重力做功將重力勢能轉化為其他形式的能，故A錯誤，C正確；電池的非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能，與之對應的是人將球向上拋出對球做功將其他形式的能轉化為重力勢能，故B正確，D錯誤。
A
6.如圖所示，一個粗細均勻的U形管內裝有同種液體，液體質量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內液體的總長度為4h，現拿去蓋板，液體開始運動。由于管壁的阻力作用，最終管內液體停止運動，重力加速度為g，則該過程中產生的內能為(　　)
D
題組三　能源與環境
7.能源短缺和環境惡化指的是(　　)
①煤炭和石油的開采與技術有關，在當前技術條件下，煤炭和石油的開采是有限度的，這叫能源短缺
②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲藏將在百年內用盡，煤炭資源也不可能永續，這叫能源短缺
③煤炭和石油具有大量的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會聚存在空氣中污染空氣，使環境惡化
④大量煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了成分使環境惡化
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析　能源短缺簡單地說就是能源儲備量不能滿足人類的需求，它可以分為相對性短缺(技術性短缺)和絕對性短缺(資源性短缺)，相對性短缺是指由于人的使用方式不恰當，使用效率不高造成的短缺；絕對性短缺是由于存儲總量有限造成的。環境惡化是指資源破壞、生態破壞、土地沙化、物種減少、人類環境惡化、沙塵暴、水土流失等等，故D正確。
D
8.節約能源的主要措施是(　　)
A.大力開發新能源
B.大量利用太陽能、地熱能
C.大量利用風能、水能
D.采用新技術、新設備，更新改造落后的技術設備
解析　在能源的利用中，雖然能量守恒，但可以有效利用的能量只占其中一部分，另外的一部分未被利用而散失了。因此，提高能源的利用率，節約能源是一個關系國民經濟發展的重大問題，而提高能源利用率，節約能源，離不開科學技術的進步。采用新技術、新設備，更新落后的技術設備是節能的主要措施，故D正確。
C
9.如圖所示，A、B是兩個完全相同的鐵球，A放在絕熱板上，B用絕熱繩懸掛。現只讓它們吸收熱量，當它們升高相同的溫度時，它們所吸收的熱量分別為QA、QB，則(　　)
綜合提升練
A.QA＝QB B.QA＜QB C.QA＞QB D.無法確定
解析　A、B升高相同的溫度，根據Q＝cmΔt，可知，升溫需要的能量是相同的。由于受熱膨脹，A的重心升高，重力勢能增加，吸收的熱量QA一部分用于升溫，剩余部分用于增加重力勢能ΔEpA，即QA＝Q＋ΔEpA，B受熱膨脹重心降低，重力勢能減小，吸收的熱量QB和減少的重力勢能ΔEpB共同用于升溫，即Q＝QB＋ΔEpB，顯然QA>QB，故C正確。
B
10.我國自古有“晝漲稱潮，夜漲稱汐”的說法。潮汐主要是由太陽和月球對海水的引力造成的，以月球對海水的引力為主。如圖是某類潮汐發電示意圖。漲潮時開閘門，水由通道進入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點時關閉閘門。落潮時開閘門放水發電。設海灣水庫的面積為5.0×108 m2，平均潮差為3.0 m，一天漲、落潮兩次，發電的平均能量轉化率為10%，水的密度為1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，則一天內發電的平均功率約為(　　)
A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW
A
11.電動車的前輪裝有發電機，發電機與蓄電池連接。當騎車者用力蹬車或電動自行車自動滑行時，電動自行車就可以通過發電機向蓄電池充電，將其他形式的能轉化成電能儲存起來。某人騎車以500 J的初動能在粗糙的水平路面上滑行。第一次關閉自動充電裝置，讓車自由滑行，其動能隨位移變化的關系如圖中圖線①所示；第二次啟動自動充電裝置，其動能隨位移變化的關系如圖中圖線②所示，則第二次向蓄電池所充的電能是(　　)
A.200 J B.250 J
C.300 J D.500 J
培優加強練
12.(2024·廣東深圳高二期末)風力發電是利用風的動能推動風力發電機的葉片轉動而產生電能的。某風力發電場安裝有2臺超大型風力發電機，每片扇葉長達80 m，該地區常年的平均風速v＝5.0 m/s，風向跟葉片轉動的圓面垂直，空氣的密度ρ＝1.25 kg/m3，風力發電機的葉片轉動時可形成半徑R＝80 m的圓面。已知風力發電機能將通過圓面的空氣的動能的10%轉化為電能，計算結果均保留3位有效數字。
(1)求每臺風力發電機的發電功率P；
(2)已知標準煤的熱值q＝3.0×107 J/kg，則該風力發電場年發電量相當于燃燒多少標準煤產生的熱量？
答案　(1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg
解得P＝1.57×105 W。
(2)2臺風力發電機發電的功率為2P，年發電時間t＝365×24×3 600 s，設年發電量為E
則有E＝2Pt，E＝qm
解得m≈3.30×105 kg。

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