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第四章　能源与持续发展
1.（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
2.关于能源的利用和节约，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.由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C.节约能量只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D.在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
3.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是（　　）
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
4.针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法中，错误的是（　　）
A.排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B.排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律
C.当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D.能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
5.（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
6.有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感受一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”。关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法正确的是（　　）
A.尾气的温度越高，柴油机越节能
B.尾气的温度越低，柴油机越节能
C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D.以上说法均不正确
7.（多选）如图所示，流星在夜空中发出明亮的光焰。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引，在坠落到地面的过程中与空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是（　　）
A.流星与空气摩擦时部分机械能转化为内能
B.引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒
C.当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力方向不在同一直线上时，流星做曲线运动
D.流星物体进入大气层后做斜抛运动
8.安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图如图所示。图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中（　　）
A.缓冲器的机械能守恒
B.摩擦力做功消耗机械能
C.垫板的动能全部转化为内能
D.弹簧的弹性势能全部转化为动能
9.目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这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（a）所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图（b）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
10.如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：（结果保留整数）
（1）太阳能节能灯的能量转化情况；
（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
（3）太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
第四章　能源与持续发展
1.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。
2.D　能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。
3.A　帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。
4.A　排放废气浪费能源，但不违反能量守恒定律，故A错误；排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律，故B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确。
5.ACD　煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确。
6.B　气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油在汽缸中燃烧，产生高温高压气体，是一个高温热源，而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源。根据能量守恒定律，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，即这样的柴油机就越节能，故选项B正确。
7.AC　流星与空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确，D错误。
8.B　在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于楔块与弹簧盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则缓冲器有部分机械能转化为内能，因此此过程中缓冲器的机械能不守恒，选项A错误；车厢克服摩擦力做功消耗机械能，选项B正确；撞击以后垫板动能转化为弹簧的弹性势能和内能，故选项C、D错误。
9.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，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，产生电能，是将光能转化为电能。故A、B、D错误，C正确。
10.（1）见解析　（2）370 W　（3）10％
解析：（1）能量转化：太阳能→电能→光能（热能）。
（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率
P＝ W≈370 W。
（3）节能灯利用太阳能的效率
η＝×100％≈10％。
1 / 3四章　能源与持续发展
核心 素养 目标 物理观念 1.知道能源的利用方式。 2.理解能量守恒定律
科学态度 与责任 1.理解能源、环境与人类生存的关系。 2.知道能源的开发和利用对环境造成的污染
知识点一　能量　能量守恒定律
1.机械能守恒与不守恒
（1）系统机械能守恒的条件：只有　　　　　做功。
（2）外力：　　　　　　的物体对系统内物体的作用力。
其他内力：系统内的物体间除了　　　　之外的其他相互作用力。
（3）如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化：如果外力做正功，系统的机械能　　　；反之则系统的机械能　　　。
2.能量的分类：能量的形式与物质的　　　　　　直接相关；机械运动对应着　　　　；热运动对应着　　　；电磁运动对应着　　　　　，化学变化对应着　　　　，原子核的变化对应着　　　。
3.能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式　　　为另一种形式，或者从一个物体　　　到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量　　　。
知识点二　能源
1.能量的品质
（1）在自然界，一切自发的过程都有一定的　　　　　。
（2）从人类对能量的利用的角度看，能量是有品质高低之分，内能（热能）是　　　　　的能量。
2.能源：能够提供人类所需能量的自然资源。
3.能源的分类
（1）一次能源和二次能源
①一次能源：直接来自自然界未经加工、转换的能源，也叫　　　　　　。
②二次能源：由一次能源　　　　　　、转化而来的能源产品。
（2）可再生能源和非可再生能源
①可再生能源：具有天然的　　　　　　　。
②非再生能源：在短期内　　　　　的能源。
（3）传统能源和新能源
①传统能源：从工业革命至今，这期间人类生产、交通、生活中使用的能源主要是　　　、　　　、　　　　　，即化石能源，它们被称为传统能源。
②新能源：最近才开始大规模开发利用的能源。
知识点三　环境保护与可持续发展
1.环境污染与能源的大量消耗有着密切关系。
2.　　　　是真正的新能源。
3.环境的破坏不只与能源的过量消耗有关，很多人类的活动都会破坏环境。
【情景思辨】
　如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小。（　　）
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变。（　　）
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内能。（　　）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶端。（　　）
要点一　能量的转化与守恒
【探究】
近几年流行一种“自发电电动车”（如图所示），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？
【归纳】
1.对能量转化的理解
各种不同形式的能量可以相互转化，例如，水电站发电是将水的重力势能转化为动能推动水轮发电机发电，电能通过电磁炉可以转化为内能等。能量的转化是通过做功来实现的。力对物体做了多少功，就有多少能量发生转化，即功是能量转化的量度。
2.对能量守恒定律的理解
（1）能量守恒定律是各种自然现象中普遍适用的一条规律。前面学过的机械能守恒定律是有适用条件的，即机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在特殊条件下的一种表现形式。例如，物体在空中下落受阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量是守恒的。
（2）能量守恒定律的两种表达式
①E初＝E末
初状态各种形式能量的总和等于末状态各种形式能量的总和。
②ΔE增＝ΔE减
从转化的角度看，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；从转移的角度看，某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
（3）能量守恒定律的物理意义
能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，能量守恒定律的发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。
【典例1】　物体由地面以120 J的初动能竖直向上抛出，当它从抛出点至上升到某一点A的过程中，动能减少了40 J，机械能减少10 J。设空气阻力大小不变，以地面为零势能面，则物体（　　）
A.落回到地面时机械能为70 J
B.到达最高点时机械能为80 J
C.从最高点落回地面的过程中重力做功为60 J
D.从抛出到落回地面的过程中克服摩擦力做功为60 J
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列对能量守恒定律的认识错误的是（　　）
A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
2.风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情境。风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
（1）单位时间内每台风力发电机获得的风能表达式；
（2）风力发电机利用风能的效率表达式。
要点二　能源的分类与利用
【探究】
　仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。
（1）人类社会能离开能源吗？
（2）能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？
（3）为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？
【归纳】
1.对能量耗散和能量品质的理解
（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大可用的形式。
（3）能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2.能源的四大分类方式及能源特点对比
能源分 类方法 能源分 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 境污染 情况分 清洁 能源 对环境基本上没有污染 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）
3.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。
【典例2】　下列说法中正确的是（　　）
A.直接来自于自然界的能源就是二次能源
B.新能源是技术比较成熟的能源
C.二次能源就是新能源
D.从自然界的能源转化而来的能源是二次能源
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.（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.能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
2.“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　）
A.因为能量守恒，所以不要节约能源
B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C.人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
D.人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
要点回眸
1.（多选）以下关于能源的利用说法正确的是（　　 ）
A.三峡大坝是利用水的重力势能来发电的
B.风能发电是将内能转化为电能的
C.核能是一种存储在原子核外部的能量
D.水能资源最显著的特点是可再生、无污染
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，所以不需要节约能源
B.因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
C.不同形式的能量之间可以相互转化
D.能量可以被消灭，也可以被创生
3.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.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C.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
D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量的品质降低了
4.下列供热方式最有利于环境保护的是（　　）
A.用煤作为燃料供热
B.用石油作为燃料供热
C.用天然气或煤气作为燃料供热
D.用太阳能灶供热
第四章　能源与可持续发展
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）重力或弹力　（2）系统以外　重力或弹力　（3）增加　减小
2.运动形式　机械能　内能　电磁能　化学能　核能
3.转化　转移　不变
知识点二
1.（1）方向性　（2）品质最低
3.（1）①初级能源　②经过加工　（2）①自我恢复能力　②无法再生　（3）①煤炭　石油　天然气
知识点三
2.核能
情景思辨
（1）×　（2）√　（3）√　（4）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】　
　提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
【典例1】　D　物体以120 J的初动能竖直向上抛出，做竖直上抛运动，向上运动的过程中重力和阻力都做负功，当上升到某一高度时，动能减少了40 J，而机械能损失了10 J。根据功能关系可知：合力做功为－40 J，空气阻力做功为－10 J，对从抛出点到A点的过程，根据功能关系mgh＋fh＝40 J，fh＝10 J，得f＝mg，当上升到最高点时，动能为零，动能减小120 J，设最大高度为H，则有mgH＋fH＝120 J，解得fH＝30 J，即机械能减小30 J，在最高点时机械能为120 J－30 J＝90 J，即上升过程机械能共减少了30 J；当下落过程中，由于阻力做功不变，所以机械能又损失了30 J，故整个过程克服摩擦力做功为60 J，则该物体落回到地面时的机械能为60 J，从最高点落回地面的过程中重力做功等于最高点具有的机械能，故重力做功为90 J，故A、B、C错误，D正确。
素养训练
1.D　根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误。
2.（1）πr2ρ　（2）
解析：（1）由能量守恒定律可知m＝P总t ①
而m＝πr2v0tρ ②
把②代入①解得P总＝πr2ρ。
（2）η＝＝。
要点二
知识精研
【探究】　
　提示：（1）人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展离不开能源。
（2）会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。
（3）因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。
【典例2】　D　从自然界直接取得的能源是一次能源，从自然界能源转化而来的能源是二次能源，故A错误，D正确；新能源是新兴产业，技术上仍处于起步阶段，故B错误；二次能源是由一次能源直接或间接转换而来的能源，不是新能源，故C错误。
素养训练
1.BC　尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源（石油、煤炭）的利用比新能源（核能）的利用对环境影响大，C正确，D错误。
2.C　能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了。虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故C正确；人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，故D错误。
【教学效果·勤检测】
1.AD　三峡水力发电是将水的重力势能转化为电能，选项A正确；风能是将空气的机械能转化为电能，选项B错误；核能是一种存储在原子核内部的能量，选项C错误；水能资源最显著的特点是可再生、无污染，选项D正确。
2.C　自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，故C正确。
3.D　化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A错误；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C错误，D正确。
4.D　煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧不充分，使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质，污染了大气，而太阳能是一种无污染的能源，故D正确。
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第四章　能源与持续发展
核心 素养 目标 物理观念 1.知道能源的利用方式。
2.理解能量守恒定律
科学态度 与责任 1.理解能源、环境与人类生存的关系。
2.知道能源的开发和利用对环境造成的污
染
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一　能量　能量守恒定律
1. 机械能守恒与不守恒
（1）系统机械能守恒的条件：只有 做功。
（2）外力： 的物体对系统内物体的作用力。
其他内力：系统内的物体间除了 之外的其他
相互作用力。
（3）如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机
械能就会发生变化：如果外力做正功，系统的机械能
；反之则系统的机械能 。
重力或弹力　
系统以外　
重力或弹力　
增
加　
减小　
2. 能量的分类：能量的形式与物质的 直接相关；机械运
动对应着 ；热运动对应着 ；电磁运动对应
着 ，化学变化对应着 ，原子核的变化对应
着 。
3. 能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式
为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，在转
化或转移的过程中其总量 。
运动形式　
机械能　
内能　
电磁能　
化学能　
核能　
转
化　
转移　
不变　
知识点二　能源
1. 能量的品质
（1）在自然界，一切自发的过程都有一定的 。
（2）从人类对能量的利用的角度看，能量是有品质高低之分，内
能（热能）是 的能量。
2. 能源：能够提供人类所需能量的自然资源。
3. 能源的分类
（1）一次能源和二次能源
①一次能源：直接来自自然界未经加工、转换的能源，也
叫 。
②二次能源：由一次能源 、转化而来的能源
产品。
方向性　
品质最低　
初级能源　
经过加工　
（2）可再生能源和非可再生能源
①可再生能源：具有天然的 。
②非再生能源：在短期内 的能源。
自我恢复能力　
无法再生　
（3）传统能源和新能源
①传统能源：从工业革命至今，这期间人类生产、交通、生
活中使用的能源主要是 、 、 ，
即化石能源，它们被称为传统能源。
②新能源：最近才开始大规模开发利用的能源。
煤炭　
石油　
天然气　
知识点三　环境保护与可持续发展
1. 环境污染与能源的大量消耗有着密切关系。
2. 是真正的新能源。
3. 环境的破坏不只与能源的过量消耗有关，很多人类的活动都会破坏
环境。
核能　
【情景思辨】
　如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总
能量减小。 （　×　）
×
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增加，机械能减小，总
能量不变。 （　√　）
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内
能。 （　√　）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶
端。 （　×　）
√
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　能量的转化与守恒
【探究】
近几年流行一种“自发电电动车”（如图所示），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？
提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方
式，只能将电动车的一部分能量收集起来，电动车运动时受到的阻力
做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要
想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用
脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
【归纳】
1. 对能量转化的理解
各种不同形式的能量可以相互转化，例如，水电站发电是将水的重
力势能转化为动能推动水轮发电机发电，电能通过电磁炉可以转化
为内能等。能量的转化是通过做功来实现的。力对物体做了多少
功，就有多少能量发生转化，即功是能量转化的量度。
2. 对能量守恒定律的理解
（1）能量守恒定律是各种自然现象中普遍适用的一条规律。前面
学过的机械能守恒定律是有适用条件的，即机械能守恒定律
是普遍的能量守恒定律在特殊条件下的一种表现形式。例
如，物体在空中下落受阻力时，物体的机械能不守恒，但包
括内能在内的总能量是守恒的。
（2）能量守恒定律的两种表达式
①E初＝E末
初状态各种形式能量的总和等于末状态各种形式能量的总
和。
②ΔE增＝ΔE减
从转化的角度看，某种形式的能量减少，一定存在其他形式
的能量增加，且减少量和增加量一定相等；从转移的角度
看，某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，
且减少量和增加量一定相等。
（3）能量守恒定律的物理意义
能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，能量守
恒定律的发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。
【典例1】　物体由地面以120 J的初动能竖直向上抛出，当它从抛出
点至上升到某一点A的过程中，动能减少了40 J，机械能减少10 J。设
空气阻力大小不变，以地面为零势能面，则物体（　　）
A. 落回到地面时机械能为70 J
B. 到达最高点时机械能为80 J
C. 从最高点落回地面的过程中重力做功为60 J
D. 从抛出到落回地面的过程中克服摩擦力做功为60 J
解析：物体以120 J的初动能竖直向上抛出，做竖直上抛运动，向上运
动的过程中重力和阻力都做负功，当上升到某一高度时，动能减少了
40 J，而机械能损失了10 J。根据功能关系可知：合力做功为－40 J，
空气阻力做功为－10 J，对从抛出点到A点的过程，根据功能关系mgh
＋fh＝40 J，fh＝10 J，得f＝mg，当上升到最高点时，动能为零，动
能减小120 J，设最大高度为H，则有mgH＋fH＝120 J，解得fH＝30
J，即机械能减小30 J，在最高点时机械能为120 J－30 J＝90 J，即上
升过程机械能共减少了30 J；当下落过程中，由于阻力做功不变，所以机械能又损失了30 J，故整个过程克服摩擦力做功为60 J，则该物体落回到地面时的机械能为60 J，从最高点落回地面的过程中重力做功等于最高点具有的机械能，故重力做功为90 J，故A、B、C错误，D正确。
1. 下列对能量守恒定律的认识错误的是（　　）
A. 某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B. 某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可
能制成的
D. 石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
解析： 　根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式
的能一定增加，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增
加，A、B正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器—
—永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确；石子在运
动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没
有消失，D错误。
2. 风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国
在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情
境。风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。
已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台
风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
（1）单位时间内每台风力发电机获得的
风能表达式；
答案： πr2ρ　
解析： 由能量守恒定律可知m＝P总t　①
而m＝πr2v0tρ　②
把②代入①解得P总＝πr2ρ。
（2）风力发电机利用风能的效率表达式。
答案：
解析： η＝＝。
要点二　能源的分类与利用
【探究】
　仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。
（1）人类社会能离开能源吗？
提示： 人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展
离不开能源。
（2）能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？
提示： 会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。
（3）为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？
提示： 因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破
坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风
能、水能、核能等。
【归纳】
1. 对能量耗散和能量品质的理解
（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大可用的形式。
（3）能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2. 能源的四大分类方式及能源特点对比
能源分 类方法 能源分 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
能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例
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
能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例
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
能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例
按对 环境 污染 情况 分 清洁 能源 对环境基本上
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）
3. 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。
【典例2】　下列说法中正确的是（　　）
A. 直接来自于自然界的能源就是二次能源
B. 新能源是技术比较成熟的能源
C. 二次能源就是新能源
D. 从自然界的能源转化而来的能源是二次能源
解析：从自然界直接取得的能源是一次能源，从自然界能源转化而来
的能源是二次能源，故A错误，D正确；新能源是新兴产业，技术上
仍处于起步阶段，故B错误；二次能源是由一次能源直接或间接转换
而来的能源，不是新能源，故C错误。
1. （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. 能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C. 大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D. 核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析： 　尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所
以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源
（石油、煤炭）的利用比新能源（核能）的利用对环境影响大，C
正确，D错误。
2. “绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节
约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　）
A. 因为能量守恒，所以不要节约能源
B. 自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C. 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
D. 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析： 　能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石
油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了。虽然总
能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，
故A错误；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，
故B错误；新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风
能、太阳能等新型能源，故C正确；人类不断地开发和利用新的能
源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，
故D错误。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. （多选）以下关于能源的利用说法正确的是（　　）
A. 三峡大坝是利用水的重力势能来发电的
B. 风能发电是将内能转化为电能的
C. 核能是一种存储在原子核外部的能量
D. 水能资源最显著的特点是可再生、无污染
解析： 三峡水力发电是将水的重力势能转化为电能，选项A
正确；风能是将空气的机械能转化为电能，选项B错误；核能是一
种存储在原子核内部的能量，选项C错误；水能资源最显著的特点
是可再生、无污染，选项D正确。
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，所以不需要节约能源
B. 因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
C. 不同形式的能量之间可以相互转化
D. 能量可以被消灭，也可以被创生
解析： 　自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能
被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的
能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，故C正确。
3. 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. 人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C. 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
D. 能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不
减少，但能量的品质降低了
解析： 　化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温
室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A错误；能量是守恒的，
既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，
B、C错误，D正确。
4. 下列供热方式最有利于环境保护的是（　　）
A. 用煤作为燃料供热
B. 用石油作为燃料供热
C. 用天然气或煤气作为燃料供热
D. 用太阳能灶供热
解析： 　煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内
能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧不充分，使得废气中含有
粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质，污染了大气，而太阳能是一种
无污染的能源，故D正确。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. （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。
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2. 关于能源的利用和节约，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. 由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以
节约能源的意义不大
C. 节约能量只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D. 在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
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解析： 　能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到
没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被
利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据
能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减
少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不
够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，
以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。
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3. 市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照
射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的
能量转化情况是（　　）
A. 太阳能→电能→机械能 B. 太阳能→机械能→电能
C. 电能→太阳能→机械能 D. 机械能→太阳能→电能
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解析： 　帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小
电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械
能，故选A。
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4. 针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法中，错误的是（　　）
A. 排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量
守恒定律
B. 排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律
C. 当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D. 能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
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解析： 　排放废气浪费能源，但不违反能量守恒定律，故A错
误；排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律，故B正
确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放
等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间
的相互联系与转化，故D正确。
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5. （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
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解析： 　煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又
有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，
C、D正确。
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6. 有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排
气管附近，去感受一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节
能，真是“行家伸伸手，就知有没有”。关于尾气的温度跟柴油机
是否节能之间的关系，下列说法正确的是（　　）
A. 尾气的温度越高，柴油机越节能
B. 尾气的温度越低，柴油机越节能
C. 尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D. 以上说法均不正确
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解析： 　气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油在
汽缸中燃烧，产生高温高压气体，是一个高温热源，而柴油机排气
管排出的尾气是一个低温热源。根据能量守恒定律，这两个热源之
间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械
能越多，尾气的温度就要越低，即这样的柴油机就越节能，故选项
B正确。
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7. （多选）如图所示，流星在夜空中发出明亮的光焰。有些流星是外
太空物体被地球强大引力吸引，在坠落到地面的过程中与空气发生
剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是（　　）
A. 流星与空气摩擦时部分机械能转化为内能
B. 引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒
C. 当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力方向不
在同一直线上时，流星做曲线运动
D. 流星物体进入大气层后做斜抛运动
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解析： 　流星与空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；
引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守
恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一
直线上时，流星做曲线运动，C正确，D错误。
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8. 安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图如图所示。图中①和②为
楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相
互撞击使弹簧压缩的过程中（　　）
A. 缓冲器的机械能守恒
B. 摩擦力做功消耗机械能
C. 垫板的动能全部转化为内能
D. 弹簧的弹性势能全部转化为动能
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解析： 　在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于楔块与弹簧
盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则缓冲器有部分机械能转
化为内能，因此此过程中缓冲器的机械能不守恒，选项A错误；车
厢克服摩擦力做功消耗机械能，选项B正确；撞击以后垫板动能转
化为弹簧的弹性势能和内能，故选项C、D错误。
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9. 目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时尚。甲、乙
两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块
等，这些模块工作时需要电能。这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（a）所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池
板——有光照时，产生电能，如图（b）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（　　）
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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，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，产生电能，是将光能转化为电能。故A、
B、D错误，C正确。
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10. 如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　
9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面
积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平
均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：
（结果保留整数）
（1）太阳能节能灯的能量转化情况；
答案： 见解析　
解析： 能量转化：太阳能→电能→光能（热能）。
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（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
答案： 370 W　
解析：太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率P＝
W≈370 W。
（3）太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
答案： 10％
解析：节能灯利用太阳能的效率η＝×100％≈10％。
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