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第4节　能源与可持续发展
1．掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类珍惜和保护能源和资源的必要性。
3．了解我国的能源状况，认识到能源与环境协调发展的必要性。
课前 知识梳理
PART
01
第一部分
一、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________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量______________。
转化　
转移　
保持不变　
二、能量转移或转化的方向性
1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的。
2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再________起来重新利用的现象。
3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
4．自然界中的宏观过程具有________性。
不可逆　
收集
　降低　
方向　
三、能源的分类与应用
1．能源的分类
(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。煤炭、石油和天然气也叫________能源。
(2)可再生能源：像水能和风能这类在自然界可以再生的能源。
2．我国能源的开发
(1)太阳能发电；(2)水力发电；(3)风能发电；
(4)________发电。
化石　
核能
四、能源与社会发展
1．人类利用能源的三个时期：________时期、煤炭时期、石油时期。
2．利用不可再生能源带来的危害
(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如________效应。
(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，______土壤。
(3)产生________烟雾，产生浮尘。
柴薪　
温室　
酸化　
光化学
判断下列说法是否正确。
(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。(　　)
(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能。(　　)
(3)能量的转化和转移具有不可逆性。(　　)
(4)能量的利用是有条件的，也是有代价的。(　　)
(5)在自然界中不是所有的能量都能利用。(　　)
(6)太阳能是可再生能源。(　　)
√　
×　
√　
√　
√　
√　
课堂 深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　能量守恒定律
?
1．如图，这是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
[提示]　汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。
2．内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？
[提示]　不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。
1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。
2．对能量守恒定律的理解
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。
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。
√
角度1　对能量守恒定律的理解
　 　(2024·福建厦门期中)关于能量的转化，下列说法不正确的是(　　)
A．水力发电机把机械能转化为电能
B．燃气热水器把化学能转化为水的内能
C．洗衣机把电能转化为机械能
D．太阳能电池把太阳能转化为内能
[解析]　水力发电机把机械能转化为电能，A正确，不符合题意；
燃气热水器把化学能转化为水的内能，B正确，不符合题意；
洗衣机把电能转化为机械能，C正确，不符合题意；
太阳能电池把太阳能转化为电能，D错误，符合题意。
√
√
　 　某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地区的风速是6 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂
直。已知空气的密度为1.23 kg/m3，假如这个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，则此风力发电机发电的功率约为(　　)
A．3 kW B．16 kW
C．30 kW D．160 kW
知识点二　能量转移或转化的方向性
如何正确理解能量耗散和品质降低
(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，却会导致能量的品质降低，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。
√
　 　(2024·江苏连云港统考)“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是(　　)
A．太阳能是不可再生能源
B．太阳能主要以热传导的方式传到地球
C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置
D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明自然界的能量总量是可变的
[解析]　太阳能是可再生能源，故A错误；
太阳能主要以热辐射的方式传到地球，故B错误；
太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置，故C正确；
太阳能电池板能源源不断地产生电能，并不是创造了能量，而是能量发生了转化，总的能量仍然守恒，故D错误。
√
　 　(2024·河南洛阳联考)如图所示，卫星两翼的太阳能电池板能把太阳能转化为电能供卫星使用。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能
B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少
C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的
D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害
[解析]　干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；
在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；
能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；
修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误。
知识点三　能源的开发和利用
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、沼气能、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
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)
√
　 　下列有关风能的说法正确的是(　　)
①风能其实是太阳能的一种转换形式
②风能和水能、太阳能等都是清洁能源
③风力发电由风能转换为机械能，再转化为电能
④推广使用可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量
A．①②③④　 　　 　 B．②③④
C．①②③ D．①②④
[解析]　地球表面大量空气流动所产生的动能叫风能，而空气流动主要是由两地受阳光照射的强度不同导致的温度差异引起的，故风能是太阳能的一种转换形式，故①正确；风能和水能、太阳能等是可再生的绿色能源，故②正确；风力发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，发电机在风车叶片转轴的带动下发电，实现能量从风能转换为机械能，再转化为电能，故③正确；发展低碳经济和循环经济，推广利用太阳能、风能的城市照明系统，降低发电的能耗，符合低碳环保理念，故④正确。
√
　 　(2024·福建高二统考学业考试)节约用电不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。下列做法属于节约用电的是(　　)
A．让长期不用的家电处于待机状态
B．将热的食物直接放进冰箱
C．夏季将空调温度设置尽量调低
D．尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间
[解析]　让长期不用的家电处于待机状态，这种做法属于浪费电能，故A错误；
将热的食物直接放进冰箱，这种做法属于浪费电能，故B错误；
夏季将空调温度设置尽量调低，这种做法属于浪费电能，故C错误；
尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间，这种做法属于节约用电，故D正确。
随堂 巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(能源的开发和利用)我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡。为了实现这一目标，未来四十年我国应减少使用的能源是(　　)
A．水能　 　　 　　 B．石油能源
C．太阳能 D．风能
解析：水能、风能、太阳能属于可再生能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于不可再生能源，使用过程中向空气中排碳，污染严重，所以我国应减少使用石油能源。
√
2．(能量转移或转化的方向性)(多选)关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是(　　)
A．摩擦生热的过程是不可逆的
B．所有能量守恒的过程都是可逆的
C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．可再生能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能量耗散
√
解析：摩擦过程会自发地产生热量，但热量不能自发地产生摩擦，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A正确；
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B错误；
热传递存在方向性的含义是指热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体，但若有其他影响因素也可以将热量从低温物体传递到高温物体，空调机制冷时必须通过压缩机做功才能实现热量从低温物体传递到高温物体，因此热传递仍然存在方向性，故C错误；
可再生能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能量耗散，故D正确。
√
3．(能量守恒定律)(2024·浙江台州期中)如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50 m，有40个发电机组。假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约10 m/s；发电机将风能转变为电能的效率约为30%，空气密度为1.3 kg/m3。试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近(　　)?
A．1.5×107 kW·h　　
B．1.5×108 kW·h
C．1.5×109 kW·h
D．1.5×1010 kW·h

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