资源简介

22.1 能源利用的现状和面临的挑战 教材知识梳理
课时练习
班级：_______ 姓名：_______
知识点1 人类利用能源的历程
1.能源：凡是能提供① 的物质资源都叫能源.
2.利用能源的历程
3.能源的分类
（1）可再生能源和不可再生能源
①不可再生能源:化石能源等不能在短期内从自然界得到补充,所以这类能源叫作不可再生能源.
②可再生能源：水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充,叫作② .
（2）一次能源和二次能源
①一次能源:可以从自然界直接获取的能源叫作一次能源.可再生能源和不可再生能源都是一次能源.如水能、风能、太阳能、化石能源、地热能、海洋能、核能、生物质能等.
②二次能源:无法从自然界直接获取,必须通过消耗一次能源才能得到的能源叫作二次能源.如电能、火药、酒精、汽油、煤油等.
知识点2 能源利用面临的挑战
1.能源与可持续发展：能量的转化和转移，都是有③ 性的，人们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源.
2.能源利用面临的挑战：化石能源是当今世界的主要能源，随着能源的消耗量持续增长，化石能源最终将会消耗殆尽，同时在能源的使用中对人和环境会造成危害.所以开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围内的重要课题.
参考答案
①能量 ②可再生能源 ③方向
课时练习
一、单选题（本大题共6小题）
1．下列属于不可再生能源的是（ ）
A． 风能 B． 地热能 C． 石油 D． 太阳能
2．下列对物理常识的叙述，正确的是（　　）
A．石油等化石能源属于不可再生能源 B．伽利略最早测出标准大气压的值
C．电视遥控器利用紫外线遥控电视机 D．光在光导纤维中始终沿直线传播
3．能源是社会发展不可或缺的，以下属于不可再生能源的是（ ）
A．太阳能 B．风能 C．天然气 D．水能
4．2024年6月2 日，嫦娥六号探测器成功着陆月球背面。下列选项是对图中物理现象的解释，其中正确的是（　　）
A．着落架下方安装圆盘形“脚”是为了增大压强
B．着落架下方安装圆盘形“脚”是为了增大压力
C．探测器用到的太阳能，属于不可再生能源
D．探测器通过电磁波向地面指挥中心发送信息
5．2024中国国际氢能及燃料电池产业展览会，一辆名为“氢迹”的厢式货车格外引人注目。氢燃料电池电堆是氢能货车最主要的组成部分，被誉为燃料电池货车的“心脏”。下列说法正确的是（　　）
A．氢能和电能属于新能源，同时也都属于一次能源
B．燃料的热值越大，货车发动机的效率一定越高
C．氢燃烧时温度升高，内能一定增大
D．氢燃料电池货车行驶时将化学能转化为内能
6．2024年10月7日，我国自主研制的300兆瓦级F 级重型燃气轮机在上海临港首次 点火成功。燃气轮机是一种高效的热机，下列有关说法正确的是（　　）
A．燃气轮机所使用的天然气属于不可再生能源
B．燃气轮机将燃料的化学能间接转化为机械能
C．燃气轮机的能源利用效率很高，可达到100%
D．燃气轮机的多数零部件需要在高温环境下持续工作，因此它们一定具有良好的弹性
二、填空题（本大题共5小题）
7．中国空间站为人类探索太空贡献着中国力量。空间站主要靠太阳能帆板提供能源，帆板工作时将太阳能直接转化为 能。太阳能清洁无污染，是可再生能源，请再列举出一种可再生能源： 。
8．我国大力发展水力发电。水能是______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。水电站通过提高水位增加水的重力势能，水流下时重力势能转化为____能，使水轮机带动发电机发电，发电机是利用________原理发电的。
9．风电的开发可以有效助力我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。张北—雄安特高压交流输变电工程投运后，实现了“张家口的风点亮雄安的灯”。从能源的视角来看，“张家口的风”属于______（填“可再生”或“不可再生”）能源，它实际上来源于____能。我国自主研发的单个陆上风电机组功率可达，这样一个风电机组在此功率下稳定工作____产生的电能，相当于焦炭完全燃烧放出的热量。
10．我国的三峡水电站和白鹤滩水电站分别位居世界第一、第二大水力发电站。自2022年12月20日白鹤滩水电站全面竣工，我国长江成为了世界最大的清洁能源走廊。水力发电利用天然水流蕴藏着的巨大能量，通过发电机转化为电能。如图甲所示，急速流动的水冲击水轮机，水轮机带动发电机转动发出电能。因此，水电站要修建在水资源丰富且水流落差较大的河道之上，并建造拦河大坝人为改变水位落差来提高水的机械能。据了解，三峡电站共有单机70万千瓦发电机32台，是我国“西电东送”的骨干电源点。
（1）我国长江上修建有多个水电站，却能成为世界最大清洁能源走廊的原因是：水力发电 （填“会”或“不会”）污染水资源，它仅利用天然水流蕴藏着的巨大能量通过发电机转化为电能；
（2）建造水力发电站时，要修建拦河大坝人为改变水位落差来提高水的 能；
（3）一台单机70万千瓦的发电机正常工作24h，可以发电 kW·h；
（4）如图乙所示为远距离输电示意图：发电厂发出的交流电需要用升压变压器升高到几百千伏的高压，送到高压输电线路上传输到用电地区的变电站，再进行一至两次降压后才能送到工厂或居民区。采取高压输电的目的是为了减少在输送过程中因电流热效应造成的 损失。
11．2023年，淄博烧烤“火出圈”，满满的人间烟火气。
（1）炭火烤肉串时，肉串的内能是通过 方式增大的；肉串散发出浓浓的香味，表明分子在不停地 ；
（2）为了让肉串受热均匀、味道更好，部分商家使用了一种新型电烧烤炉，这种烧烤炉可在电热丝烤肉串的同时：
①电烧烤炉所消耗的电能属于 （选填“一次”或“二次”）能源；
②电热丝、电动机的规格分别为“220V； 2000W”“220V； 100W”，通电时，两者均能正常工作 联接在电路中；
③电烧烤炉平均每天用电20kW h，kW h是 （填物理量名称）的单位。
三、实验题（本大题共2小题）
12．为了实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标，我国大力提倡风力发电。风力发电机的原理是利用自然风吹动发电机的风叶转动，带动内部机组发电。那么风力发电机的发电功率与哪些因素有关？针对这一个问题，小明提出了如下猜想：
猜想一：风力发电机的发电功率可能与风速有关；
猜想二：风力发电机的发电功率可能与风叶长度有关；
猜想三：风力发电机的发电功率可能与风叶个数有关。
根据猜想一和猜想二，小明准备的主要实验器材有小型风力发电机（含形状相同，长度分别为10cm、15cm、20cm的风叶共三组），电吹风、电压表、导线若干。实验过程中，先将电压表连接在小型风力发电机输出电路两端，用电吹风吹出的风模拟自然风，正对发电机风叶吹风，进行多次实验，实验数据记录如下。
实验序号 风叶长度/cm 电吹风挡位 风叶个数 电压表示数/V
1 10 弱 3 0.5
2 10 中 3 0.8
3 10 强 3 1.2
4 15 中 3 1.3
5 20 中 3 1.8
（1）风力发电机的原理是 ；
（2）本实验是通过电压表示数来反映 大小的；
（3）为了验证猜想一，可以比较实验序号 （填上表中实验序号）三次实验所得的数据，结论是其他条件都相同时，风速 ，风力发电机的发电功率越大；
（4）比较实验序号为2、4、5三次实验所得数据，可验证猜想 （选填“一”或“二”），风能可以在自然界里源源不断地得到，所以我们把它称为 能源。
13．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小张的爸爸最近也购买了一辆轿
车.其相关参数如下：
参数
车身质量 1200kg 每个轮胎与地面接触面积 200cm2 变速器形式 自动型
最高速度 160km/h 油箱容积 50L 理论油耗 6L/100km
(1)“轿车不但要吃油，有时也要喝水”，汽油是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，用水冷却发动机是因为水的 大，在发动机开始工作后一段时间内，水箱中水的内能会 ，这是通过 方式来改变内能的；
(2)上面四个实验中（图2所示），其能量转化方式与图1所示汽油机对应冲程类似的是 ；
(3)科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水燕气，推动活塞再次做功。在推动活塞做功的过程中水蒸气的温度将 ___ （升高/降低/不变），内能将 。如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min，则该汽油机每秒钟对外做功 次；
(4)如果小张家的汽车正常行驶100km（已知：汽油的密度为0.7×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg），则：①查阅上面表格中的汽车参数可知，理论情况下该车行驶100km所消耗的汽油的质量是 kg；理论情况下该车行驶100km汽油完全燃烧所产生的热量是 J；
②若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图3所示，则在0~5s时间内轿车发动机做功 J，轿车以30m/s速度匀速直线运动时受到的阻力是 N；
(5)汽车上带有胎压报警系统，其控制电路的原理图如图4。电源电压为4.0V，R0为定值电阻，R为压敏电阻，阻值与所受压力F的大小关系为，当 时电路电流；当时会报警，则报警时压敏电阻受到的压力至少为 N；
(6)小张利用测距传感器为轿车设计了一款速度测距仪。测距传感器的阻值R1与速度v的关系如图5所示。设计的速度检测电路如图6所示，R0为定值电阻。要使电表（实质是电流表或电压表）示数能随速度的增大而增大，则应将 （选填“电流”或“电压”）表改装成速度表。若电池用久后电压减小，将会使测得的速度值与实际速度值相比 （选填“偏大”、“偏小”或“一样大”）。
四、计算题（本大题共2小题）
14．宇通汽车是河南制造的骄傲，如图所示是一款电动公交车，它奔跑在郑州的各个地点，方便着城市居民的出行。该电动公交车的部分信息如表所示（g取10N/kg）。
车身净重 7t 车载电源电压 200V
最大承载量 3t 电池容量 106mA·h
车轮 四个 胎压 2.5标压
（1）该公交车每个车轮与地面的接触面积为200cm2，则满载时轮胎对水平地面的压强为多少？
（2）满载的公交车匀速直线行驶时，所受阻力为总重的0.1倍。车载电池充满电能让该电动公交车匀速直线行驶60km，则该电动公交车动力系统将电能转化为机械能的效率为多少？（计算结果百分号前保留1位小数）
（3）新能源电动车越来越普及，请写出一个新能源电动车相比较传统油车的优点。
15．电动汽车主要依靠电动机驱动车轮行驶。某品牌电动汽车有关数据如表所示，在一次测试过程中，该车以最大功率在水平地面上3 min内匀速直线行驶了4 km。请回答下列问题:
车辆类型 电动汽车
电池类型 磷酸铁锂电池
续航里程 ××千米
最大功率 100 kW
（1）电动机的工作原理是　　　　　。
（2）若该汽车的牵引力由效率为20%的汽油机来提供，在上述测试过程中以相同速度行驶相同距离需要消耗多少kg的汽油 （q汽油=4.5×107 J/kg）
（3）若电动汽车的能量利用率是80%，电价为0.5元/度。1月4日后国内汽油的价格调为10元/kg，请你通过计算比较电动汽车和燃油车在完成上述测试过程中消耗的费用，哪个更低
五、综合题（本大题共1小题）
16．重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能量转化过程如图1所示。重力储能可有效提升风能、太阳能等新能源的综合开发利用水平。某风力发电、重力储能综合项目，单个风力发电机组的平均发电功率为1 500 kW。某次风能充沛时，系统利用风能发电的富余电能，将2个质量均为3×104 kg的重物从地面提升至30 m的高度处，实现能量储存，如图2所示。根据相关信息，完成以下问题(g取10 N/kg)。
(1)风能属于______(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)若某电动汽车每行驶1 km的路程需消耗0.2 kW·h的电能，单个风力发电机组发电1 h产生的电能，可供该电动汽车行驶的路程是多少？
(3)储能系统将2个重物匀速提升至30 m高处的过程中，系统对重物所做的功是多少？
(4)储能系统将2个重物从30 m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为1.44×107 J，则该过程的发电效率是多少？据某资料介绍，重力储能系统的综合效率(输出电能与输入电能之比)可达70%以上，请你通过计算，判断这一数据是否可信？(已知系统提升重物的效率为90%)
参考答案
1．【答案】C
【详解】不可再生能源是指不能在短期内从自然界得到补充的能源。风能由空气流动产生，可循环再生，属于可再生能源，故不符合题意；地热能来自地球内部，可持续利用，属于可再生能源，故不符合题意；石油是化石燃料，短期内不能从自然界得到补充，属于不可再生能源，故符合题意；太阳能来自太阳，可源源不断获取，属于可再生能源，故不符合题意。故选。
2．【答案】A
【详解】A．可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源；一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源，石油等化石能源属于不可再生能源，故A正确；
B．托里拆利最早通过实验测出标准大气压的值，故B错误；
C．电视遥控器利用红外线遥控电视机，故C错误；
D．光在光导纤维中是通过不断反射向前传播的，故D错误。
【拓展延伸】能源的分类：（1）根据对环境的影响，分为清洁能源和非清洁能源；（2）根据获取方式分为一次能源和二次能源；（3）一次能源中，又根据开发早晚和使用情况，将其分为常规能源和新能源；（4）一次能源中，还根据能否在短期内得到补充，分为可再生能源和不可再生能源。
3．【答案】C
【详解】太阳能，风能，水能可以从自然界中源源不断的获得，属于可再生能源；天然气消耗后在短时间内不能再次获得，是不可再生能源，故A、B、D不符合题意，C符合题意。
4．【答案】D
【详解】A．根据压强公式，着落架下方安装圆盘形“脚”，增大了与月球表面的接触面积，在压力不变的情况下，压强会减小，而不是增大，故A错误；
B．着落架下方安装圆盘形“脚”并没有改变探测器的重力，也就没有改变对月球表面的压力，因为物体对水平面的压力等于其重力，故B错误；
C．太阳能可以源源不断地从自然界中获取，属于可再生能源，故C错误；
D．月球上是真空环境，声音不能在真空中传播，而电磁波可以在真空中传播，所以探测器通过电磁波向地面指挥中心发送信息，故D正确。
5．【答案】C
【详解】A．氢能属于新能源，氢能和电能都是消耗其它能源才能产生的能源，属于二次能源，故A错误；
B．燃料的热值越大，燃烧相同质量的燃料产生的热量越多，但不能说明有用的热量所占的总热量的比例越大，即汽车发动机的效率不变，故B错误；
C．同一物体，温度升高时，内能会增加，因此氢燃烧时温度升高，内能一定增大，故C正确；
D．氢燃料电池汽车行驶时，将化学能转化为电能，电能再转化为机械能，故D错误。
6．【答案】A
【详解】A．天然气是属于不可再生能源，因为天然气不可以进行第二次利用，故A正确；
B．燃气轮机是将燃料的化学能直接转化为机械能的动力机械,故B错误；
C．燃气轮机的能源利用效率虽然很高，但是任何能源利用效率都不可能达到100%,故C错误；
D．燃气轮机的多数零部件需要在高温环境下持续工作，因此它们一定具有良好的塑性,故D错误。
7．【答案】电；
风能
【详解】太阳能帆板通过光伏效应将太阳能直接转化为电能。
常见的可再生能源还包括风能、水能、地热能、潮汐能等，这些能源均能自然再生且可持续利用。
8．【答案】可再生； 动； 电磁感应
【详解】水能可以源源不断地从自然界得到，是可再生能源。水电站通过提高水位增加水的重力势能，水流下时重力势能转化为动能，使水轮机带动发电机发电，发电机是利用电磁感应原理发电的。
【知识归纳】
电动机和发电机
发电机 电动机
原理 电磁感应现象 磁场对通电导体的作用
结构 定子和转子
示意图
能的转化 机械能转化为电能 电能转化为机械能
实质 电源 用电器
区分关键 电路中无电源 电路中有电源
9．【答案】可再生； 太阳； 10
【详解】风能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源，它实际上来源于太阳能；焦炭完全燃烧放出的热量：；单个陆上风电机组功率可达，该风电机组产生的电能需要的时间：。
10．【答案】（1）不会
（2）重力势
（3）
（4）电能
【详解】（1）水力发电是急速流动的水冲击水轮机，水轮机带动发电机转动将机械能转化为电能，所以水力发电不会污染水资源。
（2）修拦河大坝是为了提高上游水位，水的质量不变，高度增大，重力势能增大。
（3）一台单机70万千瓦的发电机正常工作24h发 电量为
（4）在发电厂输出的电功率是一定的，根据可知，若提高输电电压U，那么线路中的电流会减小，根据知，在相同时间内减少了因电流热效应在输送过程中电能的损失。
11．【答案】（1）热传递；做无规则运动　（2）二次；并；电能
【详解】（1）炭火烤肉串时，肉串的内能是通过热传递方式增大的，肉串散发出浓浓的香味，这是扩散现象，表明分子在不停地做无规则运动。
（2）电烧烤炉消耗电能，电能是由一次能源加工后获得，属于二次能源。
电热丝、电动机通电时，均能正常工作，说明其两端电压均等于220V。由并联电路电压特点可知，两者是并联的。kW h是电能的单位。1kW h=3.6×106J。
12．【答案】（1）电磁感应　（2）发电机发电功率　（3）1、2、3；越大　（4）二；可再生
【详解】（1）由题意可知，风力发电机的原理是利用自然风吹动发电机的风叶转动，带动内部机组发电，即将风能转化为电能，发电机是通过运动产生电能，利用电磁感应现象的原理制成的。
（2）由题意可知，将电压表连接在小型发电机输出电路两端，模拟自然风，电压表示数可反映发电机的发电情况，所以本实验是通过电压表示数的变化来反映发电机发电功率大小的，示数越大，发电功率越大。
（3）为了验证猜想一，风力发电机的发电功率可能与风速有关，根据控制变量法可知，需要保持风叶长度和风叶个数相同，改变风速，即改变电吹风挡位，故选择实验序号为1、2、3进行实验，由表中数据可得结论：其他条件相同时，风速越大，风力发电机的发电功率越大。
（4）在2、4、5三次实验中，电吹风档位相同，即风速相同，风叶个数相同，但风叶长度不同，并且由实验数据可知，风叶长度越大，电压表示数越大，说明发电功率与风叶长度有关，即可验证猜想二。风能可以在自然界里源源不断地得到，取之不尽、用之不竭，是一种很清洁的可再生能源。
13．【答案】不可再生；比热容；增加；热传递；A；降低；降低；40；4.2kg；；；3000；20；电压；偏小；
【详解】
(1)[1][2][3][4]从能源可否再生的角度看，汽油来源于石油，石油是经过几百万年的演变形成的，汽油是从石油中提炼出来的，属于不可再生能源，汽车发动机工作过程中，不可避免地产生很多热量，这些热量如不及时带走会影响机器的正常工作。由公式Q= cm△t知，在质量和升高的温度相同时，与其它液体比较，因为水的比热最大，所以吸收的热量最多，冷却效果最好。发动机工作过程中会产生热量，热量传递到水，所以水的内能增加，这是通过热传递的方式改变内能的。
(2)[5]A．电火花发生器点火后将盒盖顶出，此时燃气的内能转化机械能，故与题目中的情境相同，故A正确；
B．滚摆向下运动，动能增加，重力势能减小，所以是重力势能转化为动能的过程，故B错误；
C．向下压缩空气引火仪，即将机械能转化为仪器内部空气的内能，所以是将机械能转化为内能的过程，故C错误；
D．酒精灯加热杯中冷水，这是通过热传递的方式改变内能的，故D错误。
(3)[6][7][8]在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸汽，推动活塞再次做功水蒸汽温度降低，这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min即60r/s，一个工作循环做功2次，汽油机每秒钟对外做功
(4)[9][10][11][12]该车行驶100km所消耗的汽油的质量
汽油完全燃烧放热
轿车以90kW的恒定功率做直线运动，在5s内做功
轿车匀速运动牵引力
汽车受到的阻力f=3000N。
(5)[13]当F=0时，R= 10Ω，电路电流I= 0.25A，由可得，电路的总电阻
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以定值电阻 R0的阻值
报警时，电路中的最小电流为0.4A，此时压敏电阻受到的压力最小，此时电路的总电阻
此时压敏电阻的阻值
由R= 10- 0.3F(Ω)可得，F= 20N。
(6)[14][15]由测距传感器的阻值R1与速度v的关系，R1随速度增大而增大，所以测距传感器是电压表，电池用的时间长了，电压降低，内阻变大，电路中电流变小，将会使测得的速度值与实际速度值相比偏小。
14．【答案】
（1）1.25×106Pa　（2）83.3%　（3）见解析
【详解】
解：（1）满载时的总重力为 ，满载时对地面的压力为 ，轮胎对地面的总面积为 ，根据 可得，满载时轮胎对水平地面的压强为 。
（2）因满载时公交车匀速行驶，牵引力为 ，公交车满载行驶时，牵引力做的功为 ，车载电池充满的电能为 ，则该电动公交车动力系统将电能转化为机械能的效率为 。
（3）新能源汽车可以减少二氧化碳等气体的排放，从而达到保护环境的目的等。
15．【答案】（1）通电线圈在磁场中受力转动或通电导体在磁场中受力运动；（2）2 kg；（3）电动汽车的费用更低
【详解】（1）通电线圈在磁场中受力转动或通电导体在磁场中受力运动。
（2）汽车做的功W=Pt=1×105 W×3×60 s=1.8×107 J，
汽油机燃料产生的内能Q放===9×107 J，
汽油的质量m===2 kg。
（3）电动汽车消耗的电能W电===2.25×107 J=6.25 kW·h，
电费6.25 kW·h×（0.5元/度）=3.125元（取3.13、3.1或3元均可），
消耗汽油的费用10元/kg×2 kg=20元>3.125元，
因此电动汽车的费用更低。
16．【答案】(1)风能可以在自然界中源源不断地得到补充，所以它属于可再生能。

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