資源簡介

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課時跟蹤檢測(二十一) 能源與可持續發展
A組—重基礎·體現綜合
1．關于能源的開發和應用，下列說法中正確的是(　　)
A．能源應用的過程就是內能轉化為機械能的過程
B．化石能源的能量歸根結底來自太陽能，因此化石能源永遠不會枯竭
C．在廣大的農村推廣沼氣前景廣闊、意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節約能源
D．隨著科學技術的發展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭
解析：選C　能源應用過程并不單純是將內能轉化為機械能的過程，各種轉化形式均可為人類服務，A錯誤；化石能源的能量雖然來自太陽能，但要經過數億年的地質演變才能形成，且儲量有限，為不可再生能源，B錯誤；在廣大農村推廣沼氣對改善農村環境、節約能源意義重大，C正確；無論技術先進與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯誤。
2．下列說法正確的是(　　)
A．能就是功，功就是能
B．外力對物體做功越多，這個物體的能量就越大
C．外力對物體不做功，這個物體就沒有能量
D．能量轉化的多少可以用做功的多少來量度
解析：選D　功和能是兩個不同的概念，外力對物體做功的多少只是說明了能量轉化的多少，而不能說明物體能量的多少，外力對物體不做功不能說明物體沒有能量，A、B、C錯誤；功是能量轉化的量度，D正確。
3．(多選)下列對能量耗散的理解正確的有(　　)
A．能量耗散說明能量在不斷減少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散說明能量不能憑空產生，但可以憑空消失
D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性
解析：選BD　在發生能量轉化的宏觀過程中，其他形式的能量最終會轉化為流散到周圍環境的內能，無法再回收利用，這種現象叫能量耗散，能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒有減少，也沒有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確。
4．(多選)下列關于能源的說法正確的是(　　)
A．石油、天然氣都屬于新能源
B．能量耗散不遵循能量守恒定律
C．能量耗散會導致能量品質的降低
D．為了可持續發展，必須節約能源
解析：選CD　石油、天然氣屬于常規能源，A項錯誤；能量耗散同樣遵循能量守恒定律，但能量耗散導致能量品質降低，B項錯誤，C項正確；因可用能源正在減少，故為了可持續發展，必須節約能源，D項正確。
5．利用能源的過程實質上是(　　)
A．能量的消失過程
B．能量的創造過程
C．能量不守恒的過程
D．能量轉化或轉移并且耗散的過程
解析：選D　利用能源的過程實質上是能量轉化或轉移的過程，在能源的利用過程中能量是耗散的，A、B、C錯誤，D正確。
6．能源在社會的發展和建設中有著重要的意義，節約用電應成為現代公民的行為準則。下列用電方式中屬于科學、合理地節約用電的是(　　)
A．家電盡量長時間待機
B．用節能燈替換白熾燈
C．樓道、走廊照明燈盡量不采用聲、光控制
D．不要清除冰箱內的冰、霜
解析：選B　家電長時間待機浪費電，家電盡量不要長時間待機，才屬于科學、合理地節約用電，故A錯誤；用節能燈替換白熾燈，可節約用電，故B正確；樓道、走廊照明燈采用聲、光控制，才屬于科學、合理地節約用電，故C錯誤；清除冰箱內的冰、霜，能夠提高冰箱的工作效率，才屬于科學、合理地節約用電，故D錯誤。
7．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
解析：選A　在時間t內能夠利用的太陽能E0＝t×50×10% J＝7t×103 J，根據功率的表達式有Pmax＝，解得Pmax＝7 kW，B、C、D錯誤，A正確。
B組—重應用·體現創新
8．水平地面上平放著一根長為L、質量為M的勻質棒，把它的一端勻速抬高H(H L)，假設用手直接作用于棒端抬高時手做功W1，用一根彈簧鉤住棒端抬至同樣高度時手做功W2，則(　　)
A．W1＝W2　　　 B．W1＞W2
C．W1＜W2 D．不確定W1與W2之間的關系
解析：選C　手直接作用于棒的一端時手做功W1＝ΔEpG，用彈簧鉤住升高相同高度時手做功W2＝ΔEpG＋ΔEp彈，顯然W1＜W2，C正確。
9．某地有一風力發電機，它的葉片轉動時可形成半徑為20 m的圓面。某時間內該地區的風向恰好跟葉片轉動的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2 kg/m3，假如這個風力發電機能將此圓內空氣動能的10%轉化為電能，若該風力發電機的發電功率約為1.63×104 W，則該地區的風速約為(　　)
A．10 m/s　 B．8 m/s　　
C．6 m/s　　 D．4 m/s
解析：選C　設風速為v，則在時間t內吹到葉片上的空氣的質量m＝vtSρ＝vtπr2ρ，則P＝＝ ，解得v＝，代入數據解得v≈6 m/s，故選C。
10.抽水蓄能電站的工作原理是：在用電低谷時，電站利用電網多余電能把水抽到高處蓄水池中，到用電高峰時，再利用蓄水池中的水發電，浙江天荒坪抽水蓄能電站是亞洲第一大高山蓄能水電站。山頂水庫面積達2.8×105 m2(水庫近似為長方體)。已知上、下水庫落差H＝600 m，如圖1所示。蓄水后一個晝夜連續發電，山頂水庫水位降低30 m，若水的重力勢能80%轉化為電能，水的密度為1.0×103 kg/m3。則一個晝夜連續發電所產生的電能約為(g取10 m/s2)(　　)
A．4×1010 J　　　　　 B．4×1011 J
C．4×1012 J D．4×1013 J
解析：選D　一個晝夜能用于發電的水的體積V＝Sh＝2.8×105×30 m3＝8.4×106 m3，水的總質量：m＝ρV，水的重力勢能：Ep＝mgh′＝ρVg，
一個晝夜連續發電所產生的電能約為E＝Ep×80%，代入數據得E≈4×1013 J，故D正確，A、B、C錯誤。
11．一臺水輪發電機組，每秒有2.0 m3的水流過水輪機，若河壩水位高度差是20 m，則水每秒對水輪機最多能做多少功？若有40%的機械能轉化為電能，問發電機的輸出功率為多大？(水的密度ρ＝103 kg/m3，g取10 N/kg)
解析：若使水對水輪機做功最多，則把水的重力勢能全部轉化為水輪機的機械能。則每秒對水輪機做功為W＝mgh＝ρgVh＝103×10×2×20 J＝4×105 J
由P＝得P出＝＝＝1.6×105 W。
答案：4×105 J　1.6×105 W
12．某地的平均風速為5 m/s，已知空氣密度是1.2 kg/m3，有一風車，它的車葉轉動時可形成半徑為12 m的圓面，如果這個風車能將此圓內10%的氣流的動能轉變為電能，則該風車帶動的發電機功率是多大？
解析：首先可以求出在時間t內作用于風車的氣流質量為m＝πr2vtρ，這些氣流的動能為Ek＝mv2
故風車帶動發電機發電的功率為
P＝＝πr2ρv3×10%
代入數據得P＝3.4 kW。
答案：3.4 kW
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4　能源與可持續發展
核心素養點擊
物理觀念 (1)列舉各種實例，說明能量是如何轉化的，解釋能量守恒定律的含義。
(2)通過實例分析知道能量耗散，認識自然界中能量轉化的方向性。
科學態度與責任 (1)收集資料，討論能源的開發與利用所帶來的環境污染問題，認識環境污染的危害，思考科學·技術·社會·環境協調發展的關系，具有環境保護的意識和行動。
(2)了解太陽能、水能、核能和風能等能源的開發利用，知道利用能源是人類生存和社會發展的必要條件之一。
(3)知道人類利用的能源有可再生能源和不可再生能源，認識合理使用能源的重要性，具有可持續發展觀念，養成節能的習慣。
1．填一填
(1)能量守恒定律的內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，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，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持 。
(2)科學家研究發現，一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是 的。
(3)能量的耗散：把能量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新______的現象，它反映出自然界中的宏觀過程具有 性。
(4)節約能源的根本原因：在能源的利用過程中，能量在數量上雖未 ，但在可利用的品質上 了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。
轉化
轉化
不變
不可逆
利用
方向
減小
降低
2．判斷
(1)能量在轉移或轉化過程中總量是保持不變的。 ( )
(2)當一個物體所具有的能量增加時，一定有別的物體的能量在減小。 ( )
(3)能源利用過程中能量總量不變，可利用的品質也不變。 ( )
√
√
×
3．想一想
請你將兩手手心對著壓緊，用力來回快速摩擦10～15 s(如圖12.4 -1)，有什么感覺？想想看，在這一過程中能量發生了怎樣的轉化或轉移？這些能量的轉化或轉移是有方向性的嗎？
圖12.4- 1
提示：發熱；機械能轉化為內能；有。
1．填一填
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產、生活中使用的主要能源，又叫 能源。
(2)可再生能源：水能、風能、潮汐能等來源于 的這些能源。
(3)我國能源的開發：太陽能發電、 發電、風能發電、 發電。
化石
太陽能
水力
核能
(4)能源與社會發展
①人類對能源的利用經歷的三個時期： 時期、煤炭時期、石油時期。
②能源的開發和利用對環境造成的影響：
a．石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，加劇了 效應，使得兩極的冰雪融化，海平面上升。
b．石油和煤炭的燃燒形成的二氧化硫等物質使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化 。
c．內燃機工作時產生氮的氧化物和碳氫化合物，這些化合物在大氣中受紫外線的照射，產生光化學 。燃燒時產生的 也是主要的污染物。
柴薪
溫室
土壤
煙霧
浮塵
2．判斷
(1)天然氣屬于化石能源。 ( )
(2)化石能源利用過程中加劇了溫室效應現象。 ( )
(3)核能發電不會對環境產生危害。 ( )
√
√
×
[問題驅動]
(1)在驗證機械能守恒定律的實驗中，計算結果發現，重物減少的重力勢能的值總大于增加的動能的值，即機械能的總量在減少。機械能減少的原因是什么？減少的部分機械能是消失了嗎？
提示：機械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機械能轉化成了內能；減少的部分機械能并沒有消失。
(2)請說明下列現象中能量是如何轉化或轉移的？
①植物進行光合作用。
②放在火爐旁的冰融化變熱。
③電流通過燈泡，燈泡發光。
提示：①光能轉化為化學能。
②內能由火爐轉移到冰。
③電能轉化為光能。　　　　
【重難釋解】
1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學的基本規律，是各種自然現象中普遍適用的一條規律。
2．能量守恒定律的理解
某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
典例1　(2023·廣東1月學考)水力發電對實現“碳達峰”目標具有重要意義。當某水電站的水位落差為150 m時，用于發電的水流量為每秒鐘1×107 kg，發電機組的發電效率為60%。重力加速度g取10 m/s2，若某電動汽車行駛1 km消耗500 kJ的電能，則此時該水電站每秒鐘所發的電可使該電動汽車行駛的里程是(　　)
A．1.6×104 km　　　　　 B．1.8×104 km
C．2.0×104 km D．2.2×104 km
[答案]　B
利用能量轉化與轉移解題的兩點注意
(1)能量既可通過做功的方式實現不同形式的能量之間的轉化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉移。
(2)能量在轉化與轉移過程中，能量的總量保持不變。利用能量守恒定律解題的關鍵是正確分析有多少種能量變化，分析時避免出現遺漏。
【素養訓練】
1．(多選)行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生電流。上述不同現象中所包含的相同的物理過程是 (　　)
A．物體克服阻力做功
B．物體的動能轉化為其他形式的能量
C．物體的勢能轉化為其他形式的能量
D．物體的機械能轉化為其他形式的能量
解析：這四個現象中物體運動過程中都受到阻力作用，汽車主要受摩擦阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確。四個物體的運動過程中，汽車是動能轉化成了內能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉化成其他形式的能，總之機械能轉化成了其他形式的能，D正確。
答案：AD　
2.一個盛水袋，某人從側面緩慢推裝有液體的袋壁使它變形至如圖所示位置，則此過程中袋和液體的重心將 (　　)
A．逐漸升高　　　 B.逐漸降低
C．先降低再升高 D．始終不變
解析：人對液體做正功，液體的機械能增加，液體緩慢移動可以認為動能不變，重力勢能增加，重心升高，A正確。
答案：A　
【重難釋解】
1．正確理解能量耗散和品質降低
(1)各種形式的能最終都轉化為內能，流散到周圍的環境中，分散在環境中的內能不管數量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅動機器做功了。
(2)從可被利用的價值來看，內能較之機械能、電能等，是一種低品質的能量。由此可知，能量耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。
(3)能量耗散導致可利用能源減少，所以要節約能源。
2．能源的分類
能源分類方法 能源分類名稱 特點 舉例
按形式或轉換特點分 一次能源 自然形成，未經加工 太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源經加工轉換而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能
按利用技術分 常規能源 已大規模正常使用 煤炭、石油、天然氣、水能
新能源 正在開發，或有新的利用方式 太陽能、核能、地熱能、海洋能、沼氣、風能
能源分類方法 能源分類名稱 特點 舉例
按可否再生分 可再生能源 可循環使用 水能、風能、生物質能、地熱能
不可再生能源 短期內無法轉換獲得 煤炭、石油、天然氣、核燃料
按對環境污染情況分 清潔能源 對環境基本上沒有污染 太陽能、海洋能、風能、水能
污染能源 會嚴重污染環境 化石燃料(煤炭、石油、天然氣)
[解析]　煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復使用，它們的儲量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在使用時會排出有害氣體污染空氣，這是所講的環境惡化，④正確，故D正確。
[答案]　D
【素養訓練】
3．我國計劃在2060年達到“碳中和”目標，到時生產、生活排放的碳總量與植被吸收的碳總量將達到平衡，為了實現這一目標。 未來四十年我國應減少使用的能源是 (　　)
A．水能 B．石油能源
C．太陽能 D．風能
解析：水能、風能、太陽能屬于清潔能源，使用過程污染少，環保；而石油能源屬于污染能源，使用過程中向空氣中排碳，污染嚴重，所以我國應減少使用石油能源，A、C、D錯誤，B正確。
答案：B　
4．(多選)下列關于能量耗散的說法正確的是 (　　)
A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在環境中的內能很難收集起來重新被人類利用
C．各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動全額發生的
D．能量耗散導致能量品質的降低
解析：能量耗散是能量在轉化的過程中有一部分以內能的形式被周圍環境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質降低，故選項A錯誤，選項D正確；耗散的內能很難收集起來再被利用，選項B正確；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉化為內能，但相反過程卻不能夠全額進行，選項C正確。
答案：BCD　
5．(多選)關于“溫室效應”，下列說法正確的是 (　　)
A．太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產生了“溫室效應”
B．石油和煤炭燃燒時產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產生了“溫室效應”
C．“溫室效應”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化
D．“溫室效應”使得土壤酸化
解析：“溫室效應”的產生是由于石油和煤炭燃燒時產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，它的危害是使地面氣溫上升、兩極冰雪融化、海平面上升、淹沒沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項正確。
答案：BC　
一、培養創新意識和創新思維
1．如圖是用一臺蒸汽機和一臺發電機建立的模型發電站，將這個模型發電站與小燈泡連接起來，就可以供電了。
請分析該模型發電站工作時各種形式的能量是如何轉化的。
解析：蒸汽機將蒸汽的內能轉化為蒸汽輪機的機械能，蒸汽輪機帶動發電機轉動，將機械能轉化為電能使小燈泡發光。
二、注重學以致用和思維建模
A．1×106 J　　　　　 B．1×107 J
C．6×106 J D．6×107 J
解析：這臺熱水器一天內可有效利用的太陽能約為E＝ηPt＝20%×7×103×4×3×3 600 J≈6×107 J，故選D。
答案：D　
3.如圖所示，將小鐵塊綁在橡皮筋中部，并讓橡皮筋穿入鐵罐，使兩端分別固定在罐蓋和罐底上。將該裝置從不太陡的斜面上釋放，會觀察到什么現象？請你做一做，并從能量轉化與守恒的角度加以解釋。
提示：會看到罐子滾動到坡底又自動向坡上滾動，因為向下滾動時重力勢能轉化成動能，又轉化成橡皮筋的彈性勢能儲存在罐子里，彈性勢能又會轉化成動能、重力勢能，所以又向上滾動。

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