第4节　能源与可持续发展 学案

中小学教育资源及组卷应用平台
第4节　能源与可持续发展(强基课—逐点理清物理观念)
课标要求 层级达标
能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际 学考层级 1.掌握能量守恒定律的内容和重要意义。 2.了解什么是能源的耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。 3.了解能源的分类与应用。
选考层级 认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识。
逐点清(一)　能量守恒定律的理解与应用
[多维度理解]
1．内容：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。
2．意义：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，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。
　　
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。
[全方位练明]
1．(多选)下面设想符合能量守恒定律的是(　 )
A．利用核动力，驾驶地球离开太阳系
B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟
C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行
D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械
解析：选ABC　利用核动力，核能提供能量，驾驶地球离开太阳系，符合能量守恒定律，故A正确；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行，符合能量守恒定律；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，符合能量守恒定律，故B、C正确；利用永久磁铁间的相互作用，制成一台机器，不消耗能量而不停地转动，不符合能量守恒定律，故D错误。
2.据报道，一位设计师设计出一款以可乐来发电的概念手机，手机设计的核心是一片生物电池，利用酵素把碳水化合物转化为电力。下列说法正确的是(　 )
A．“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能
B．“可乐手机”是将电能转化为水和氧气的化学能
C．在能量转化过程中，必须摇动手机，否则不发生转化
D．“可乐手机”虽然用到了可乐，但是工作过程直接利用了充电后的电能，不存在能量转化问题
解析：选A　“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能，对手机供电，故A正确，B、D错误；“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能，是利用化学反应，不需要摇动手机，故C错误。
3．某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　 )
A．P＝ρSv　　　　　 B．P＝ρSv2
C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4
解析：选C　风能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。
逐点清(二)　能量转移或转化的方向性
[多维度理解]
1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重新利用，这种现象叫作能量的耗散。
3．能量的耗散是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。
　　
1．各种形式的能最终都转化为内能，分散到周围的环境中，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，能量的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太可用的形式。
3．能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)因为能量不会消失，所以不可能有能源危机。(×)
(2)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源。(√)
(3)能量的耗散就是能量的总量在减少。(×)
2．随着时代的发展，能源格局面临新的机遇与挑战。下列关于能量和能源说法正确的是(　 )
A．由于自然界的能量是守恒的，所以不需要节约能源
B．在利用能源的过程中，能量在数量上逐渐减少
C．能量在转化过程中具有方向性，因此可利用的能源是有限的
D．核能是可再生能源，应大力开发和使用
解析：选C　自然界中的能量是守恒的，即能量在数量上是保持不变的，但是由于能量在转化过程中具有方向性，所以人类可利用的能源是有限的，人类需要节约能源，故A、B错误，C正确；核能是不可再生能源，故D错误。
逐点清(三)　能源的分类与应用　能源与社会发展
[多维度理解]
1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫化石能源。
2．可再生能源：水能和风能等来源于太阳能的这些能源。
3．我国能源的开发：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。
4．能源与社会发展
(1)人类对能源的利用经历的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
(2)能源的开发和利用对环境造成的影响：
①石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应。
②石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。
③内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，会产生光化学烟雾。燃烧时产生的浮尘也是主要的污染物。
[全方位练明]
1．下面所列电池或电站，能把光能转换成电能的是(　 )
A．干电池　　　　　 B．太阳能电池
C．核电站 D．水电站
解析：选B　干电池将化学能转化为电能，故A错误；太阳能电池可以直接将光能转化为电能，故B正确；核电站将核能转化为电能，故C错误；水电站将水的机械能转化为电能，故D错误。
2．低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是(　 )
A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源
B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失
C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽、用之不竭，只需不断开发
D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源
解析：选D　在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。
[课时跟踪检测]
1．(多选)下列关于能量的耗散的说法正确的是(　 )
A．能量的耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量的耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用
C．能量的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
D．能量的耗散导致能量品质的降低
解析：选BCD　能量的耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，A错误，D正确；耗散的内能很难再被利用，B正确；能量的耗散从能量转化的角度反映出了自然界中的宏观过程具有方向性，C正确。
2．关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是(　 )
A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程
B．化石能源的能量归根结底来自太阳能，因此化石能源永远不会枯竭
C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源
D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭
解析：选C　能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误。
3．(2022·广东1月学考)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：选B　水能、风能、太阳能属于清洁能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于污染能源，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，A、C、D错误，B正确。
4．下列说法正确的是(　 )
A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功
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：选C　任何机器都不能违背能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，而是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。
5.白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的国家重大工程。电站装机总容量为1 600万千瓦，仅次于三峡工程，位居世界第二。下列理解正确的是(　 )
A．水电站发电过程中凭空产生了能量
B．水电站发电过程中机械能转化为电能
C．水能是可再生能源，不需要节约水资源
D．水电站发电过程中能量是守恒的，不需要节约能源
解析：选B　根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，A错误；水电站发电过程中机械能转化为电能，B正确；水能是可再生能源，可循环利用，但地球上可以利用的淡水资源是有限的，因此需要节约水资源，C错误；水电站发电过程中能量是守恒的，但不是所有能量都能被人类利用，自然资源也是有限的，因此需要节约能源，D错误。
6．(多选)下列过程中，可能实现的是(　 )
A．水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
C．利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的部分内能转化为机械能
D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
解析：选BC　机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能，则知水的温度自动下降时释放的内能不可能全部转化为机械能，故A错误；在粗糙水平面上运动的物体，它的动能可以转化为内能，使物体温度升高，故B正确；利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，符合能量守恒定律，所以能够实现，故C正确；一切与热现象有关的物理过程都是有方向性的，可知静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能不能转化为物体的动能，使物体运动起来，故D错误。
7.光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民
家庭用电，还可向电网供电获得收益。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104 J的太阳能，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为(　 )
A．7 kW B．8.4 kW
C．70 kW D．420 kW
解析：选A　在时间t内能够利用的太阳能E0＝t×50×10% J＝7t×103 J，根据功率的表达式有Pmax＝，解得Pmax＝7 kW，B、C、D错误，A正确。
8.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，现拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，重力加速度为g，则该过程中产生的内能为(　 )
A.mgh B.mgh
C.mgh D.mgh
解析：选A　去掉右侧盖板之后，液体向左侧管内流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即产生的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确。
9．(选自沪科版教材课后练习)人体在最佳状态下只能把其化学能的25%转化为有用的机械能。假设一位质量为60 kg的同学有这样的转化效率，他登山时平均每小时登高400 m，那么，在3 h内，该同学共消耗了多少化学能？g取10 m/s2。
解析：登山时，60 kg的同学3 h内增加的重力势能为
Ep＝mgh＝60×10×400×3 J＝7.2×105 J
消耗的化学能E＝＝2.88 ×106 J。
答案：2.88×106 J
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)