资源简介

第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
学习目标　1.知道自然界中常见的能源和利用方式。2.理解能量的转化与守恒定律。3.了解能量转化(转移)的方向性。4.知道能源危机与环境污染与每个人息息相关。
知识点一　能源的分类和利用
1.能源的分类
(1)化石能源：如石油、煤炭、天然气等。
现状：①环境污染 ②能源短缺。
(2)新能源：如__________、风能、____________、核能等。
2.能源的利用
(1)水能资源包括____________、____________、波浪能、海流能等，主要利用水的__________与____________，属于清洁可再生能源。
(2)风能主要利用风的动能发电，属于清洁可再生能源。
(3)太阳能利用方式较多，主要有太阳能的光热转换，光电转换和光化学转换，也可发电，属于清洁可再生能源。
(4)核能主要利用原子核的裂变发电。
【思考】
我国目前的能源形势主要有哪几个方面？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (多选)(2024·广东惠州一中月考)(粤教版教材P110观察与思考拓展)如图是某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成直径为40 m的圆面。若该地区的风速是5.0 m/s，风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知空气的密度为1.2 kg/m3，风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能(π取3.14)，则(　　)
A.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为6.28×103 m3
B.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为2.51×104 m3
C.此风力发电机发电的功率约为9.42×103 W
D.此风力发电机发电的功率约为1.89×103 W
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，在1 m2地面上1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：(水的比热容c＝4.2×103 J/kg·℃)
容积(V)　　　　　　　100 L
集热管的采光面积(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天节约多少电能？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点二　能量的转化与守恒
汽车关闭发动机后，向前滑动一段距离就停下来，可见汽车的动能凭空消失了，这种说法对吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.能量的转化和转移
不同形式的能量可以相互转化：
(1)水力发电→水的机械能转化为________能。
(2)化学电池充电→电能转化为__________能；化学电池使用→化学能转化为__________能。
(3)光合作用→光能转化为化学能；木材燃烧→化学能转化为________能和________能。
2.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，在转化和转移过程中其总量________。
3.能量转化(转移)的方向性
(1)热传导过程是有________的。热量从高温物体向低温物体的热传导过程是能________进行的，而其相反方向的过程是不能自发进行的。
(2)机械能全部转化为内能的过程是可以________进行的，而其相反方向的过程是不能自发进行的。
(3)在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有________性的，但都不违反____________________。
【思考】
1.电流通过电阻丝时，电能转化为内能，电阻丝能自发的把内能收集起来转化回电能吗？该现象说明涉及内能的能量转化时有没有方向性？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.判断正误
(1)人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。(　　)
(2)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。(　　)
(3)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。(　　)
例3 瀑布从20 m高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2，结果保留3位有效数字)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 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＝ρSv B.P＝ρSv2
C.P＝ρSv3 D.P＝ρSv4
训练2 (多选)根据能量守恒及其转化和转移的方向性，下列判断正确的是(　　)
A.电流的电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D.能量不能被创造或被消灭
知识点三　能源与环境问题
1.能源的重要性：能源是社会存在与发展不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。
2.由能源开发利用所造成的环境污染，则是导致环境问题日益严重的主要原因
(1)对大气环境的影响：能源开发排出的有害气体改变原有空气的组成，并引起污染，造成全球气候变化。
(2)对生态环境的影响：主要有对动植物、微生物、土地、海洋、河流水分等天然物质要素的破坏，以及对地面、地下的各种建筑物和相关设施等人工物质要素的负面影响。
(3)对居住环境的影响：空气能见度低，引起酸雨进而腐蚀建筑、抑制植物生长、间接加剧温室效应等，导致环境质量下降。
3.环境保护
当前，环境科技已成为人们促进可持续发展的重要手段之一，遥感技术、核技术、高梯度磁分离技术、活性炭技术、生物工程技术等新技术在环境保护中的广泛应用，为环境问题的解决提供了有效途径。
例4 最有利于环境保护的供热方式是(　　)
A.用煤做燃料供热
B.用太阳能供热
C.用石油做燃料供热
D.用天然气和煤气做燃料供热
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
随堂对点自测
1.(能源的分类和利用)下述做法能改善空气质量的是(　　)
A.以煤等燃料作为主要生活燃料
B.利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源
C.鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D.限制使用电动车
2.(能量的转化与守恒)有两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，吸收太阳光，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是(　　)
A.都是把机械能转化为电能
B.都是把光能转化为电能
C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能
D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能
3.(能源与环境问题)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　)
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
知识点一
1.(2)水能　太阳能　2.(1)河流水能　潮汐水能　动能　重力势能
[思考] 提示　(1)我国的能源比较丰富，但其分布很不均匀。
(2)在一次性能源的构成中，煤炭仍然占有主要地位。
(3)内陆和中西部城镇主要以煤和火电为主；广大农村和边远地区大多使用农作物秸秆等生物能源。
(4)人均能源资源不足。我国是世界第三大能源生产国和第二大能源消费国，而我国能源短缺，特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展的重要因素。
(5)能源消费结构不合理。
(6)能源消费系数高、效率低。
(7)环境形势严峻等。
例1 AC　[每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为V0＝vS＝vπR2＝5.0×3.14×()2 m3＝6.28×103 m3，故A正确，B错误；每秒内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能约为Ek＝ρV0v2＝×1.2×6.28×103×52 J＝9.42×104 J，依题意可知此风力发电机的功率约为P＝Ek×10%＝9.42×103 W，故C正确，D错误。]
例2 (1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
解析　(1)设T为光照时间k＝1.0×103 J/(s·m2)
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη
因为Q吸＝Q放
所以T＝＝ s＝1.4×104 s≈3.9 h。
(2)由Q电＝Wη1＝Q放得W＝＝ J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h。
知识点二
导学　提示　不对，汽车的动能转化为内能，并没有凭空消失。
知识梳理
1.(1)电　(2)化学　电　(3)光　内　2.产生　消失　转化　转移　不变　3.(1)方向性　自发　(2)自发　(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　设t时间内落下的水的质量为m，以t时间内落下的水为研究对象
竖直下落后减少的机械能为E＝mgh－mv2
转化为电能的功率为
P＝＝＝(gh－)×80%＝1.0×103×103×(10×20－×22)×0.8 W＝1.58×108 W＝1.58×105 kW。
训练1 C　[风能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。]
训练2 BCD　[电流具有热效应，电能可能全部转化为内能，故A错误；在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，还有一部分内能耗散了，故B正确；热机的效率不可能达到100%，故C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故D正确。]
知识点三
例4 B　[煤做燃料供热会释放二氧化碳，产生温室效应，且会产生二氧化硫，不利于环境保护，选项A错误；太阳能是利用光能转化为电能供热，是清洁能源，有利于环境保护，选项B正确；石油做燃料释放氮氧化物和二氧化硫，可形成酸雨，不利于环境保护，选项C错误；天然气或煤气燃烧都会释放碳氧化物，不利于环境保护，选项D错误。]
随堂对点自测
1.B　[以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，导致温室效应、酸雨等环境问题，故A错误；利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源(如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等)，故B正确；汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，故C错误；使用电动车不会产生污染，故限制使用电动车不能改善空气质量，故D错误。]
2.C　[甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，吸收太阳光，产生电能，故是将光能转化为电能，故A、B、D错误，C正确。]
3.BD　[能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源，植树造林，故B、D正确。]第二节　能源的利用方式　第三节　能量的转化与守恒　第四节　能源与环境
(分值：100分)
选择题1～11题，每小题8分，共88分。
对点题组练
题组一　能源的分类与利用
1.一艘帆船只在风力作用下航行，该帆船动能由(　　)
风能转化而来 核能转化而来
太阳能转化而来 化学能转化而来
2.三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100 m。假设通过水轮机以后水的动能为零，下列说法正确的是(　　)
水下落过程中重力势能增加
水下落过程中机械能增加
水减少的一部分机械能转化为电能
重力对水做负功
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8.4×104 J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(　　)
7 kW 8.4 kW 70 kW 420 kW
题组二　能量的转化与守恒
4.关于能量转化有下列说法：
①太阳能热水器把太阳能转化为水的内能　②电热水器把电能转化为水的内能　③燃气热水器把电能转化为水的内能　④空调把空气的内能转化为电能
其中正确的是(　　)
①② ①③ ②③ ①④
5.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处，我们可以将电势能类比于重力势能，如图所示，下列说法正确的是(　　)
可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做的功相类比
可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比
可以将电流通过灯泡时做的功与球下落时重力对球做的功类比
可以将电池的非静电力做功与球下落时重力对球做功类比
6.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，现拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，重力加速度为g，则该过程中产生的内能为(　　)
mgh mgh mgh mgh
题组三　能源与环境
7.能源短缺和环境恶化指的是(　　)
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺
②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺
③煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化
④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了成分使环境恶化
①③ ①④ ②③ ②④
8.节约能源的主要措施是(　　)
大力开发新能源
大量利用太阳能、地热能
大量利用风能、水能
采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备
综合提升练
9.如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　)
QA＝QB QA＜QB QA＞QB 无法确定
10.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。如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(　　)
2.6×104 kW 5.2×104 kW
2.6×105 kW 5.2×105 kW
11.电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，电动自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行。第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(　　)
200 J 250 J 300 J 500 J
培优加强练
12.(12分)(2024·广东深圳高二期末) 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。某风力发电场安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25 kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R＝80 m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，计算结果均保留3位有效数字。
(1)(6分)求每台风力发电机的发电功率P；
(2)(6分)已知标准煤的热值q＝3.0×107 J/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？
第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
1.A　[一艘帆船只在风力作用下航行，通过风力对帆船做功，将风能转化为帆船的动能，故A正确。]
2.C　[水下落的过程中，质量不变，高度降低，重力做正功，所以重力势能减小，故A、D错误；水下落过程中，没有除了重力之外的其他力对水做正功，机械能不会增加，故B错误；水减少的一部分机械能转化为电能，故C正确。]
3.A　[经过时间t，能够利用的太阳能E0＝t×50×10%J＝7t×103 J，根据功率的表达式有Pmax＝，解得Pmax＝7 kW，故A正确。]
4.A　[太阳能热水器使水温度升高，把太阳能转化为水的内能，①正确；电热水器使水温度升高，把电能转化为水的内能，②正确；燃气热水器把燃气的化学能转化为水的内能，③错误；空调消耗电能，使得内外空气的内能发生转移，④错误，故A正确。]
5.BC　[电流通过灯泡时，电流做功将电能转化为其他形式的能，与之对应的是球下落时重力做功将重力势能转化为其他形式的能，故A错误，C正确；电池的非静电力做功将其他形式的能转化为电能，与之对应的是人将球向上抛出对球做功将其他形式的能转化为重力势能，故B正确，D错误。]
6.A　[去掉右侧盖板之后，
液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg· h＝mgh，故A正确。]
7.D　[能源短缺简单地说就是能源储备量不能满足人类的需求，它可以分为相对性短缺(技术性短缺)和绝对性短缺(资源性短缺)，相对性短缺是指由于人的使用方式不恰当，使用效率不高造成的短缺；绝对性短缺是由于存储总量有限造成的。环境恶化是指资源破坏、生态破坏、土地沙化、物种减少、人类环境恶化、沙尘暴、水土流失等等，故D正确。]
8.D　[在能源的利用中，虽然能量守恒，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，节约能源是一个关系国民经济发展的重大问题，而提高能源利用率，节约能源，离不开科学技术的进步。采用新技术、新设备，更新落后的技术设备是节能的主要措施，故D正确。]
9.C　[A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt，可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔEpA，即QA＝Q＋ΔEpA，B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能ΔEpB共同用于升温，即Q＝QB＋ΔEpB，显然QA>QB，故C正确。]
10.B　[发电时水减少的重力势能ΔEp＝mg＝ρShg，一天发电两次，转化成的电能E＝2ΔEp×10%，所以P＝＝5.2×104 kW，故B正确，A、C、D错误。]
11.A　[电动自行车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，故没被转化为内能的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确，B、C、D错误。]
12.(1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg
解析　(1)设单位时间(t0＝1 s)内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有V＝πr2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10%Ek
解得P＝1.57×105 W。
(2)2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间t＝365×24×3 600 s，设年发电量为E
则有E＝2Pt，E＝qm
解得m≈3.30×105 kg。(共46张PPT)
第二节　能源的利用方式
第三节　能量的转化与守恒
第四节　能源与环境
第五章　电能与能源的可持续发展
1.知道自然界中常见的能源和利用方式。2.理解能量的转化与守恒定律。3.了解能量转化(转移)的方向性。4.知道能源危机与环境污染与每个人息息相关。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　能量的转化与守恒
知识点一　能源的分类和利用
知识点三　能源与环境问题
知识点一　能源的分类和利用
1.能源的分类
(1)化石能源：如石油、煤炭、天然气等。
现状：①环境污染 ②能源短缺。
(2)新能源：如______、风能、_________、核能等。
水能
太阳能
2.能源的利用
(1)水能资源包括____________、____________、波浪能、海流能等，主要利用水的______与____________，属于清洁可再生能源。
(2)风能主要利用风的动能发电，属于清洁可再生能源。
(3)太阳能利用方式较多，主要有太阳能的光热转换，光电转换和光化学转换，也可发电，属于清洁可再生能源。
(4)核能主要利用原子核的裂变发电。
河流水能　
潮汐水能
动能
重力势能
【思考】
我国目前的能源形势主要有哪几个方面？
提示　(1)我国的能源比较丰富，但其分布很不均匀。
(2)在一次性能源的构成中，煤炭仍然占有主要地位。
(3)内陆和中西部城镇主要以煤和火电为主；广大农村和边远地区大多使用农作物秸秆等生物能源。
(4)人均能源资源不足。我国是世界第三大能源生产国和第二大能源消费国，而我国能源短缺，特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展的重要因素。
(5)能源消费结构不合理。
(6)能源消费系数高、效率低。
(7)环境形势严峻等。
AC
例1 (多选) (2024·广东惠州一中月考)(粤教版教材P110观察与思考拓展)如图是某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成直径为40 m的圆面。若该地区的风速是5.0 m/s，风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知空气的密度为1.2 kg/m3，风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能(π取3.14)，则(　　)
A.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为6.28×103 m3
B.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为2.51×104 m3
C.此风力发电机发电的功率约为9.42×103 W
D.此风力发电机发电的功率约为1.89×103 W
例2 太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，在1 m2地面上1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：(水的比热容c＝4.2×103 J/kg·℃)
容积(V)　　　　　　　100 L
集热管的采光面积(S) 1.5 m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
(1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天节约多少电能？
答案　(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
解析　(1)设T为光照时间k＝1.0×103 J/(s·m2)
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη
因为Q吸＝Q放
知识点二　能量的转化与守恒
汽车关闭发动机后，向前滑动一段距离就停下来，可见汽车的动能凭空消失了，这种说法对吗？
提示　不对，汽车的动能转化为内能，并没有凭空消失。
1.能量的转化和转移
不同形式的能量可以相互转化：
(1)水力发电→水的机械能转化为___能。
(2)化学电池充电→电能转化为____能；化学电池使用→化学能转化为___能。
(3)光合作用→光能转化为化学能；木材燃烧→化学能转化为___能和___能。
2.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，在转化和转移过程中其总量______。
电
化学
电
光
内
产生
消失
转化
转移
不变
3.能量转化(转移)的方向性
方向性
(1)热传导过程是有_________的。热量从高温物体向低温物体的热传导过程是能______进行的，而其相反方向的过程是不能自发进行的。
(2)机械能全部转化为内能的过程是可以______进行的，而其相反方向的过程是不能自发进行的。
(3)在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有______性的，但都不违反__________________。
自发
自发
方向
能量守恒定律
【思考】
1.电流通过电阻丝时，电能转化为内能，电阻丝能自发的把内能收集起来转化回电能吗？该现象说明涉及内能的能量转化时有没有方向性？
提示　不能　有
2.判断正误
(1)人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。( )
(2)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。
( )
(3)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。( )
×
×
×
例3 瀑布从20 m高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2，结果保留3位有效数字)
答案　1.58×105 kW
解析　设t时间内落下的水的质量为m，以t时间内落下的水为研究对象
转化为电能的功率为
C
训练1 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(　　)
BCD
训练2 (多选)根据能量守恒及其转化和转移的方向性，下列判断正确的是(　 　)
A.电流的电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D.能量不能被创造或被消灭
解析　电流具有热效应，电能可能全部转化为内能，故A错误；在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，还有一部分内能耗散了，故B正确；热机的效率不可能达到100%，故C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故D正确。
知识点三　能源与环境问题
1.能源的重要性：能源是社会存在与发展不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。
2.由能源开发利用所造成的环境污染，则是导致环境问题日益严重的主要原因
(1)对大气环境的影响：能源开发排出的有害气体改变原有空气的组成，并引起污染，造成全球气候变化。
(2)对生态环境的影响：主要有对动植物、微生物、土地、海洋、河流水分等天然物质要素的破坏，以及对地面、地下的各种建筑物和相关设施等人工物质要素的负面影响。
(3)对居住环境的影响：空气能见度低，引起酸雨进而腐蚀建筑、抑制植物生长、间接加剧温室效应等，导致环境质量下降。
3.环境保护
当前，环境科技已成为人们促进可持续发展的重要手段之一，遥感技术、核技术、高梯度磁分离技术、活性炭技术、生物工程技术等新技术在环境保护中的广泛应用，为环境问题的解决提供了有效途径。
B
例4 最有利于环境保护的供热方式是(　　)
A.用煤做燃料供热 B.用太阳能供热
C.用石油做燃料供热 D.用天然气和煤气做燃料供热
解析　煤做燃料供热会释放二氧化碳，产生温室效应，且会产生二氧化硫，不利于环境保护，选项A错误；太阳能是利用光能转化为电能供热，是清洁能源，有利于环境保护，选项B正确；石油做燃料释放氮氧化物和二氧化硫，可形成酸雨，不利于环境保护，选项C错误；天然气或煤气燃烧都会释放碳氧化物，不利于环境保护，选项D错误。
随堂对点自测
2
B
1.(能源的分类和利用)下述做法能改善空气质量的是(　　)
A.以煤等燃料作为主要生活燃料
B.利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源
C.鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D.限制使用电动车
解析　以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，导致温室效应、酸雨等环境问题，故A错误；利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源(如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等)，故B正确；汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，故C错误；使用电动车不会产生污染，故限制使用电动车不能改善空气质量，故D错误。
C
2.(能量的转化与守恒)有两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，吸收太阳光，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是(　　)
A.都是把机械能转化为电能
B.都是把光能转化为电能
C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能
D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能
解析　甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，吸收太阳光，产生电能，故是将光能转化为电能，故A、B、D错误，C正确。
BD
3.(能源与环境问题)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　)
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
解析　能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源，植树造林，故B、D正确。
课后巩固训练
3
A
1.一艘帆船只在风力作用下航行，该帆船动能由(　　)
A.风能转化而来 B.核能转化而来
C.太阳能转化而来 D.化学能转化而来
解析　一艘帆船只在风力作用下航行，通过风力对帆船做功，将风能转化为帆船的动能，故A正确。
对点题组练
题组一　能源的分类与利用
C
2.三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100 m。假设通过水轮机以后水的动能为零，下列说法正确的是(　　)
A.水下落过程中重力势能增加
B.水下落过程中机械能增加
C.水减少的一部分机械能转化为电能
D.重力对水做负功
解析　水下落的过程中，质量不变，高度降低，重力做正功，所以重力势能减小，故A、D错误；水下落过程中，没有除了重力之外的其他力对水做正功，机械能不会增加，故B错误；水减少的一部分机械能转化为电能，故C正确。
A
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8.4×104 J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
A
题组二　能量的转化与守恒
4.关于能量转化有下列说法：
①太阳能热水器把太阳能转化为水的内能　②电热水器把电能转化为水的内能　③燃气热水器把电能转化为水的内能　④空调把空气的内能转化为电能
其中正确的是(　　)
A.①② B.①③ C.②③ D.①④
解析　太阳能热水器使水温度升高，把太阳能转化为水的内能，①正确；电热水器使水温度升高，把电能转化为水的内能，②正确；燃气热水器把燃气的化学能转化为水的内能，③错误；空调消耗电能，使得内外空气的内能发生转移，④错误，故A正确。
BC
5.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处，我们可以将电势能类比于重力势能，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做的功相类比
B.可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比
C.可以将电流通过灯泡时做的功与球下落时重力对球做的功类比
D.可以将电池的非静电力做功与球下落时重力对球做功类比
解析　电流通过灯泡时，电流做功将电能转化为其他形式的能，与之对应的是球下落时重力做功将重力势能转化为其他形式的能，故A错误，C正确；电池的非静电力做功将其他形式的能转化为电能，与之对应的是人将球向上抛出对球做功将其他形式的能转化为重力势能，故B正确，D错误。
A
6.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，现拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，重力加速度为g，则该过程中产生的内能为(　　)
D
题组三　能源与环境
7.能源短缺和环境恶化指的是(　　)
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺
②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺
③煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化
④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了成分使环境恶化
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析　能源短缺简单地说就是能源储备量不能满足人类的需求，它可以分为相对性短缺(技术性短缺)和绝对性短缺(资源性短缺)，相对性短缺是指由于人的使用方式不恰当，使用效率不高造成的短缺；绝对性短缺是由于存储总量有限造成的。环境恶化是指资源破坏、生态破坏、土地沙化、物种减少、人类环境恶化、沙尘暴、水土流失等等，故D正确。
D
8.节约能源的主要措施是(　　)
A.大力开发新能源
B.大量利用太阳能、地热能
C.大量利用风能、水能
D.采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备
解析　在能源的利用中，虽然能量守恒，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，节约能源是一个关系国民经济发展的重大问题，而提高能源利用率，节约能源，离不开科学技术的进步。采用新技术、新设备，更新落后的技术设备是节能的主要措施，故D正确。
C
9.如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　)
综合提升练
A.QA＝QB B.QA＜QB C.QA＞QB D.无法确定
解析　A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt，可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔEpA，即QA＝Q＋ΔEpA，B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能ΔEpB共同用于升温，即Q＝QB＋ΔEpB，显然QA>QB，故C正确。
B
10.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。如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
A
11.电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，电动自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行。第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(　　)
A.200 J B.250 J
C.300 J D.500 J
培优加强练
12.(2024·广东深圳高二期末)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。某风力发电场安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25 kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R＝80 m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，计算结果均保留3位有效数字。
(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＝3.0×107 J/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？
答案　(1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg
解得P＝1.57×105 W。
(2)2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间t＝365×24×3 600 s，设年发电量为E
则有E＝2Pt，E＝qm
解得m≈3.30×105 kg。

展开更多......

收起↑