第4节 能源与可持续发展
(时间：60分钟)
知识点
基础
中档
稍难
能量转化和转移的方向性
1、2、3
4
能源的开发与可持续发展
5、6、7、8
综合提升
9
10、11
知识点一 能量转化和转移的方向性
1．下列物理过程，哪些是可能发生的 ( )．
A．制冷系统能够把冰箱里的热量传给外界温度较高的空气
B．一个在粗糙的水平地面上运动的物体最后要停下来，物体的动能可以全部转化为内能
C．理想的热机因为没有摩擦，也没有漏气，它的效率可以达到100%
D．在两个连通容器A、B内都充满气体以后，气体会自发地从容器A流向容器B，使容器A内成为真空
解析 热机的效率不可能达到100%，C错误，气体在连通器内的流动是因为有压力差，不是自发地，D错误．
答案 AB
2．下列说法正确的是 ( )．
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的
能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走
动，说明能量可以凭空产生
解析 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，这种装置违背了能量守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，而是转化成了别的能量，B错误；马和其他动物，包括人，要运动，必须消耗能量，C正确；所谓“全自动”手表，内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的运行，如果把这种手表放在桌面上静置几天，它一定会停止走动的，D错误．
答案 C
3．下列哪些物理过程是不可逆的 ( )．
A．在一绝热容器内盛有液体，通过不停地搅动使液体的温度升高
B．在一个传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，不停地搅动
液体，但液体的温度不变
C．用一条不可伸长的细轻绳悬挂一个小球，上端固定，把小球拉离平衡位置
由静止释放(不计阻力)
D．在一绝热容器内，不同温度的气体进行混合
解析 在A、B、D所述的三个过程中，都涉及到热现象，即A中是“做功改变内能”，B中是“做功改变内能”及“热传导”，D中是“热传导”，所以过程都不可逆，对于C中的过程，只涉及动能与势能的转化，不涉及热现象，故过程是可逆的．
答案 ABD
4．斜面的高度是0.6 m，倾角是30°，质量是1 kg的物块由顶端滑到底端．已知动摩擦因数是0.5，取g＝10 m/s2，在这个过程中产生的热量为 ( )．
A．6 J B．5.2 J C．0.9 J D．11.1 J
解析 物体克服摩擦力做功而损失的能量要转化为内能，且有Wf＝ΔE内．故ΔE内＝μmgcos α·s＝μmgcos α·2h≈5.2 J.
答案 B
知识点二 能源的开发与可持续发展
5．关于能源的利用，下列说法中正确的是 ( )．
A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要
B．能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程
C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
解析 煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们并不是取之不尽、用之不竭的．
答案 BDC
6．当今人类利用的新能源是 ( )．
A．电能 B．太阳能
C．化石燃料 D．核能
解析 电能是二次能源，是由其他形式的能转化而来，不是新能源．化石燃料是常规能源，太阳能和核能是当今的新能源，故B、D正确．
答案 BD
7．我国居民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子．为人们挡住炎炎烈日，冬天树叶又会全部掉光，使温暖的阳光进入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用，被人们称为天然空调．炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意．关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法正确的是
( )．
A．树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低
B．树木吸收太阳能，使自己温度升高，周围温度降低
C．树木吸收太阳能，将太阳光的能量转化为化学能，使环境温度降低
D．白天树木将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树木里感到凉爽而晚上感到热
解析 树木进行光合作用，将太阳能转化成树木生长所需的化学能，因此能使环境温度降低，并不是将能量反射或使自己温度升高，故C正确．
答案 C
8．能源可划分为一级能源和二级能源．自然界以现成形式提供的能源称为一级能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源．氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取．下列叙述正确的是 ( )．
A．电能是二级能源
B．水力是二级能源
C．天然气是一级能源
D．焦炉气是一级能源
答案 AC
9．一辆汽车发动机的功率为35 kW，效率为25%，若油箱中有10 kg汽油，汽车的速度为36 km/h，这些汽油能使汽车行驶多远？(汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)
解析 汽车行驶靠燃料燃烧放出内能(热量)转化为机械能．汽油完全燃烧放出的热量Q总＝qm，对汽车做有用功的热量Q有＝ηQ总，
汽车做的有用功W有＝Q有＝ηQ总＝qmη＝P有·t，
汽车通过的路程s＝vt＝≈3.3×104 m.
答案 3.3×104 m
10．如图2－4－1所示是利用潮汐发电的示意图，左方为陆地和海湾，中间的水坝下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面 高度相同，堵住通道，如图甲所示．潮落至最低时放水发电，如图乙所示．待内外水面高度相同，再堵住通道，直至下次涨潮到最高点，又放水发电，如图丙．设海湾平均面积为S＝5.0×108 m2，高潮与低潮间高度差为h＝3.0 m，求一天内水流的平均功率．(取g＝10 m/s2)
图2－4－1
解析 潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．
每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的质量为m＝ρV＝ρSh＝1.0×103×5.0×108×3.0 kg＝1.5×1012 kg.
其重心的高度变化h′＝＝1.5 m．一天内海水两进两出，故水流功率为P＝＝ W≈1.0×109 W.
答案 1.0×109 W
11．人身体在最佳状态下，只能把人体化学能的25%转化为有用的机械能．假如一位质量为60 kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500 m，那么，他在5 h内共消耗的化学能为________．(g取10 m/s2)
解析 设运动员克服重力做功的功率为P1，则P1＝(t1＝1 h)，则人体消耗化学能的功率P2＝(η为转化效率)．
因此P2＝，运动员在5 h内共消耗的化学能
E＝P2t2＝＝ J＝6×106 J.
答案 6×106 J
第4节 能源与可持续发展
能量转化和转移的方向性
1．下列说法中错误的是 ( )．
A．热量只能自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物体传给高温物体
B．内能不能转化为动能
C．内能不能自发地转化为动能
D．自然界中涉及热现象的宏观过程都有方向性
解析 内能可以转化为动能，热机就是这种情况，但不能自发地转化，故B错误；由能量转化和转移的方向性可知，A、C、D正确．
答案 B
2．地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1 ℃就能释放出5.8×1023 J的热量．有人设想用一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，但这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是 ( )．
A．内能不能转化成机械能
B．内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性
D．上述三种原因都不正确
解析 内能可以转化成机械能，如热机，A项错误；内能转化成机械能的过程满足能量守恒定律，B项错误；能量转化和转移的方向性告诉我们：热机不可能把吸收的热量全部转化成机械能，而不引起其他变化，C项正确．
答案 C
能源的开发与可持续发展
3．关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是 ( )．
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
解析 在能源的利用过程中，虽然能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了．所以，我们要节约能源，保护环境．
答案 B
课件17张PPT。第4节 能源与可持续发展1．知道能量转化和转移的方向性．
2．了解能源开发与可持续发展．
3．了解能源对人类社会发展的重要意义，养成自觉节约能源的好习惯．
一、能量转化和转移的方向性
?能量转化和转移的方向性
自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有_____性的_______的过程．
(1)机械能与内能间转化的方向性：_______可以完全转化为_____，反过来，_____不可能_____地完全回收，全部再变为机械能．
(2)热传递过程中的方向性：在热传递的过程中，内能总
是_____地从_____物体向_____物体转移，而不能_____地从_____物体向_____物体转移．
方向不可逆机械能内能内能自发自动低温高温自动低温高温?热机的效率
热机是将内能转化为机械能的装置，它从高温热源吸收热量，一部分用来做功，同时向低温热源放出热量，它的效率_______达到100%.
二、能源开发与可持续发展
?在自然界中，除机械能外，常见的能量还有_____、_____、_______、_____等．
?常规能源主要有___、_____、_______等．
不可能内能电能化学能核能石油煤天然气思考 效率为100%的发动机能被制造出来吗？它是否违背能量守恒定律？
提示 效率为100%的发动机不能被制造出来，因为它虽然不违背能量守恒定律，但它违背了能量的转化和转移具有方向性的规律.一、能量转化和转移的方向性
二、能源开发与可持续发展
?能源：所谓能源就是指可以被利用的能量资源．包括常规能源(煤、石油、天然气等)和新能源(风能、地热能、太阳能、核能等)．常规能源的储藏是有限的．
?能源危机与节约能源：目前世界上主要消耗的煤、石油、天然气等矿物质，按其在地球上已探明的储量和目前的开采速度，这些能源几代之后将不复存在，出现能源短缺极为严重的现象．
能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源以保证可持续的能源生产和消费．
教材资料分析
讨论与交流
有人认为，我们国家现在经济条件好了，浪费一点资源没有关系；甚至认为从某种角度说，浪费资源反而有利于扩大消费，发展内需和国家经济建设．你是如何看待节能问题的？
在日常生活中，你曾经采取过哪些节能措施？你觉得有效吗？
把你对节能的想法和做法跟其他同学讨论交流．
点拨 能量不能无中生有，虽然能量是守恒的，但能量从可利用能量向不可利用能量的转化过程是不可逆的．现在，地球上的可利用能源越来越少，所以不应该浪费能源．
节能的办法主要是提高能源的利用效率.能源的利用与环保问题【典例1】 二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，行星表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，却不让室内的长波热辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应．这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，下列说法不成立的是 ( )．A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，当时地球的气温很高
B．经过漫长的年代，地壳岩石和气体二氧化碳发生化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命
C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高
D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，是电能和其他形式的能转化为内能
解析 地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律．由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，这是必然的现象，进而导致当时地球的气温很高．地球上的岩石由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了生命适合生存的条件．由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，生活用电和工业用电是电能和其他形式的能的转变，会产生热．四个选项都很正确，但就温室效应这一观点而言A、B、C正确．
答案 D
借题发挥 掌握温室效应的意义和作用，注意此类知识与其他学科知识的综合．
【变式1】 根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是 ( )．
A．电流的电能可能全部转变为内能
B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温 物体
解析 根据能量的转化与转移具有方向性和不可逆性得，A、B、C正确，D错误．
答案 D
【典例2】 为了测量太阳的辐射功率，某人采取如下简单实验．取一个横截面积是3×10－2m2的不高的圆筒，筒内装水0.6 kg，用来测量射到地面的太阳能．某一天中午在太阳光直射2 min后，水的温度升高了1 ℃.求：
(1)在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量．[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)假设射到大气顶层的太阳能只有43%到达地面，另外57%被大气吸收和反射，而未到达地面．你能由此估算出太阳辐射的功率吗？(日地距离为1.5×1011 m)
能量的转化和守恒太阳是向四面八方均匀辐射的，上述球面每秒接受到的太阳能即为太阳的辐射功率P.上述球面的面积为4πr2，其中r＝1.5×1011 m，所以辐射功率P≈4πr2×0.163＝4π×(1.5×1011×102)2×0.163 W≈4.6×1026 W.
答案 (1)4.2 J (2)4.6×1026 W
【变式2】 一水电站，水流的落差为20 m．水流冲击水轮发电机后，水流能20%转化为电能．若发电机的功率为200 kW，则每分钟流下的水量是________m3.(取g＝10 m/s2)
解析 设每分钟水的流量为Q，则在1分钟内流下的水的质量m＝ρQ，
则在1分钟内流下的水减少的重力势能
ΔEp＝mgh＝ρQgh①
答案 300
