12.4 能源与可持续发展—2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（word版含答案）

第12章 电能 能量守恒定律
4　能源与可持续发展
[学习目标]
1.知道自然界中能量的转化情况，知道能量守恒定律的内容.
2.知道能量转移或转化的方向性，知道什么是能量耗散.
3.知道什么是不可再生能源和可再生能源，了解能源的利用与社会发展的关系．
[基础梳理]
一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．这个规律叫作能量守恒定律．
二、能量转移或转化的方向性
1．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．
2．能量耗散
(1)能量耗散的概念：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用．
(2)能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源．
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
三、能源的分类与应用
1．可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等．
2．不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等．
3．我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．
四、能源与社会发展
1．人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期．
2．人类社会可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡．人类要树立新的能源安全观，转变能源的供需模式：既要提倡节能，又要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源．
[能力拓展]
一、能量的转化与守恒
1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．
2．能量守恒定律的适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．
3．能量守恒定律的表达式
(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．
(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．
4．应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程；
(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；
(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．
二、能源的分类与应用
1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能
2．能源的分类
(1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能．
(2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气．
三、能源与社会发展
1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，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．能源和环境污染
(1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．
温室效应造成的影响：温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．
(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．
另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物．
[随堂演练]
1．以下属于一次能源的是（　　）
A．太阳能 B．电能 C．煤气 D．焦炭
2．在阳光的照射下，悬挂在墙上的太阳能小风扇快速转动，这说明（　　）
A．动能可以凭空产生 B．不同形式的能可以相互转化
C．可以制造出不需要消耗能量的“永动机” D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源
3．能量守恒定律是自然界最基本的规律之一。下列关于能量转化的说法中正确的是（ ）
A．电饭锅主要将电能转化为内能
B．电风扇主要将机械能转化为内能
C．电动机主要将机械能转化为电能
D．太阳能热水器主要将内能转化为光能
4．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（　　）
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，而自然界的能量是不守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
5．质量为的人，站立在电梯中的台秤表面，电梯向上运动的速度—时间图像如图所示，则下列分析正确的是（　　）
A．人的机械能守恒
B．人的机械能在减少
C．和台秤面对人的支持力做功相等
D．人的机械能增加量小于人的机械能增加量
6．物体只在重力和一个不为零的向上的拉力作用下，分别做匀速上升、加速上升和减速上升三种运动．在这三种情况下，物体机械能的变化情况是（　　）
A．匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减小
B．匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减小
C．由于该拉力与重力大小的关系不明确，所以不能确定物体机械能的变化情况
D．三种情况中，物体的机械能均增加
7．指出下列各种现象中，能量是如何转化的？
（1）电动机带动抽水机工作______转化为______能；
（2）点燃的蜡烛发光______转化为______能；
（3）双手摩擦______转化为______能；
（4）白炽灯发光______转化为______能；
（5）内燃机的压缩冲程______转化为______能；
（6）物体在阳光照射下温度升高______转化为______能；
（7）流星穿过大气层时会变得炽热______转化为______能；
（8）飞行的子弹射穿木板后子弹温度会升高______转化为______能；
（9）将一块冰放在地面上拖，冰会融化______转化为______能；
（10）反复弯折一根铁丝，弯折部分温度会升高______转化为______能；
（11）擦燃火柴______转化为______能。
8．人们工作、学习和劳动都需要能量，食物在人体内转化为葡萄糖又转化为和同时放出能量。已知每葡萄糖可产生的能量。若质量为短跑运动员起跑时在0.2秒时间内冲出。试求：他在这一过程中消耗体内储存的葡萄糖为_______克。（葡萄糖的摩尔质量为180克，不计能量损失）
试卷第1页，总3页
参考答案
1．A
【详解】
直接从自然界取得的能源称为一次能源，故太阳能时一次能源，电能、煤气、焦炭都是二次能源，故选A。
2．B
【详解】
A．能量不可能凭空产生，也不可能凭空消失，故A错误；
B．在阳光的照射下，悬挂在墙上的太阳能小风扇快速转动，是由于太阳能转化为电能，电能再转化为小风扇的机械能，说明不同形式的能量可以相互转化；
C．“永动机”不可能实现，故C错误；
D．能量不是取之不尽，用之不竭的，况且有些能量目前我们还无法利用，从而需要节约能源，故D错误。
故选B。
3．A
【详解】
A．电饭锅主要将电能转化为内能，选项A正确；
B．电风扇主要将电能转化为机械能，选项B错误；
C．电动机主要将电能转化为机械能，选项C错误；
D．太阳能热水器主要将光能转化为内能，选项D错误。
故选A。
4．A
【详解】
能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，机械能转化为内能后，我们无法将它们收集起来重新利用
故选A。
5．D
【详解】
AB．该模型支持力做功等于机械能增加，支持力始终做正功，机械能增加，故AB错误；
C．根据牛顿第二定律，内
解得
内
内
解得
和支持力不等，位移相等，所以做功不同，故C错误；
D．内有
内有
故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
无论物体怎样向上运动，拉力都做正功，物体的机械能均增加，故ABC错误，D正确。
故选D。
7．电 机械 化学 光 机械 内 电 光 机械 内 太阳 内 机械 内 机械 内 机械 内 机械 内 机械 内
【详解】
(1)[1][2]电动机带动抽水机工作将电能转化为机械能；
(2)[3][4]点燃的蜡烛发光是将化学能转化为光能；
(3)[5][6]双手摩擦是将机械能转化为内能；
(4)[7][8]白炽灯发光是将电能转化为光能；
(5)[9][10]内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能；
(6)[11][12]物体在阳光照射下温度升高是将太阳能转化为内能；
(7)[13][14]流星穿过大气层时会变得炽热是将机械能转化为内能；
(8)[15][16]飞行的子弹射穿木板后子弹温度会升高是将机械能转化为内能；
(9)[17][18]将一块冰放在地面上拖，冰会融化是将机械能转化为内能；
(10)[19][20]反复弯折一根铁丝，弯折部分温度会升高是将机械能转化为内能；
(11)[21][22]擦燃火柴是将机械能转化为内能。
8．0.193
【详解】
[1]将运动员视为匀变速直线运动，则其获得的速度为
故运动员获得的动能为
故消耗的葡萄糖的质量为