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 为其他形式,或者从一个物体 到别的物体,在 或 的过程中,能量的总量 。
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。
[微点拨]
1.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。
2.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)下列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
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
3.(2024·江西高考)“飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”是李白对庐山瀑布的浪漫主义描写。设瀑布的水流量约为10 m3/s,水位落差约为150 m。若利用瀑布水位落差发电,发电效率为70%,则发电功率大致为 ( )
A.109 W B.107 W
C.105 W D.103 W
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 的。
2.能量的耗散:其他形式的能转化为内能后不能再收集起来重新利用,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 。
[微点拨]
1.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。
2.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.(2025·江苏南通检测)能源是人类社会活动的基础,节约能源应成为公民的行为习惯。下列说法中正确的是 ( )
A.太阳能转化为电能的过程中,能量增加
B.能量耗散过程中,能量在不断减少
C.能量耗散会降低能源的利用品质
D.能量转化在宏观上没有方向性
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:无法在短时间内再生的能源,又叫 能源。
2.可再生能源:水能和风能等来源于 的能源。
3.我国能源的开发:太阳能发电、 发电、风能发电、 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: 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 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 。
③内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物,这些化合物受到紫外线的照射会产生光化学烟雾。燃烧时产生的 也是主要的污染物。
[全方位练明]
1.(2025·山东济南阶段练习)下列关于能源的说法中,正确的是 ( )
A.水能是不可再生能源
B.由于能量不会凭空消失,也不会凭空产生,总是守恒的,所以节约能源意义不大
C.节约能源只要提高节能意识就行,与科技进步无关
D.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
2.(2025·四川达州期中)(多选)中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念,下列有关新能源和能量观的描述中,正确的是 ( )
A.外出旅游时,尽可能选择自驾出行
B.根据能量守恒定律,担心能源危机是杞人忧天
C.水能和风能等能源来源于太阳能,是可再生能源
D.能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程
第4节 能源与可持续发展
逐点清(一)
[多维度理解]
1.转化 转移 转化 转移 保持不变
[全方位练明]
1.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.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.选B 在t时间内流下的水的质量m=ρV=ρQt,这些水产生的能量W=mgh,则发电功率P=η·=ηρQgh,代入数据解得P≈107 W,B正确。
逐点清(二)
[多维度理解]
1.不可逆 3.方向性
[全方位练明]
1.(1)× (2)√ (3)×
2.选C 太阳能转化为电能的过程中,能量总和不变,故A错误;能量耗散说明能量在转化的过程中可利用率越来越小,可利用的品质降低了,但总量不会减少,故B错误,C正确;能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性,故D错误。
逐点清(三)
[多维度理解]
1.化石 2.太阳能 3.水力 核能 4.(1)柴薪 (2)①温室
②土壤 ③浮尘
[全方位练明]
1.选D 水能可以重复利用,是可再生能源,故A错误;能量是守恒的,但能量的品质会降低,由便于利用的变成不便于利用的,所以需要节约能源,故B错误;科技进步能提高能源的利用率,更充分的利用有限的能源,故C错误;煤、石油、天然气等属于化石燃料,最初来源可追溯到太阳能,故D正确。
2.选CD 外出旅游时,尽可能选择公共交通工具出行,可以减小污染、节约能源,故A错误;能量虽然守恒,但可利用能源转化为不可利用或难以利用的能源,减少了可利用能源的储量,因此担心能源枯竭并非杞人忧天,故B错误;水能和风能等能源来源于太阳能,是可再生能源,故C正确;能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程,故D正确。
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能源与可持续发展
(强基课——逐点理清物理观念)
第 4 节
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。
1
逐点清(一) 能量守恒定律的理解
与应用
2
逐点清(二) 能量转移或转化的方向性
3
逐点清(三) 能源的分类与应用
能源与社会发展
4
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
逐点清(一) 能量守恒定律
的理解与应用
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_____为其他形式，或者从一个物体_____到别的物体，在_____或_____的过程中，能量的总量__________ 。
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。
多维度理解
转化
转移
转化
转移
保持不变
[微点拨]
1.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。
2.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。
1.(多选)下列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
全方位练明
√
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解析: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: “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.(2024·江西高考)“飞流直下三千尺，疑是银河落九天。”是李白对庐山瀑布的浪漫主义描写。设瀑布的水流量约为10 m3/s，水位落差约为
150 m。若利用瀑布水位落差发电，发电效率为70%，则发
电功率大致为 ( )
A.109 W B.107 W
C.105 W D.103 W
解析:在t时间内流下的水的质量m=ρV=ρQt，这些水产生的能量W=mgh，则发电功率P=η·=ηρQgh，代入数据解得P≈107 W，B正确。
√
逐点清(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.能量的耗散:其他形式的能转化为内能后不能再收集起来重新利用，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________。
多维度理解
不可逆
方向性
[微点拨]
1.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。
2.能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
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。 ( )
全方位练明
×
√
×
2.(2025·江苏南通检测)能源是人类社会活动的基础，节约能源应成为公民的行为习惯。下列说法中正确的是 ( )
A.太阳能转化为电能的过程中，能量增加
B.能量耗散过程中，能量在不断减少
C.能量耗散会降低能源的利用品质
D.能量转化在宏观上没有方向性
√
解析:太阳能转化为电能的过程中，能量总和不变，故A错误;能量耗散说明能量在转化的过程中可利用率越来越小，可利用的品质降低了，但总量不会减少，故B错误，C正确;能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故D错误。
逐点清(三) 能源的分类与应用
能源与社会发展
1.不可再生能源:无法在短时间内再生的能源，又叫______能源。
2.可再生能源:水能和风能等来源于________的能源。
3.我国能源的开发:太阳能发电、 _____发电、风能发电、 _____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: ______时期、煤炭时期、石油时期。
多维度理解
化石
太阳能
水力
核能
柴薪
(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______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______ 。
③内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物受到紫外线的照射会产生光化学烟雾。燃烧时产生的______也是主要的污染物。
温室
土壤
浮尘
1.(2025·山东济南阶段练习)下列关于能源的说法中，正确的是 ( )
A.水能是不可再生能源
B.由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大
C.节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关
D.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
全方位练明
√
解析:水能可以重复利用，是可再生能源，故A错误;能量是守恒的，但能量的品质会降低，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，故B错误;科技进步能提高能源的利用率，更充分的利用有限的能源，故C错误;煤、石油、天然气等属于化石燃料，最初来源可追溯到太阳能，故D正确。
2.(2025·四川达州期中)(多选)中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，下列有关新能源和能量观的描述中，正确的是 ( )
A.外出旅游时，尽可能选择自驾出行
B.根据能量守恒定律，担心能源危机是杞人忧天
C.水能和风能等能源来源于太阳能，是可再生能源
D.能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程
√
√
解析:外出旅游时，尽可能选择公共交通工具出行，可以减小污染、节约能源，故A错误;能量虽然守恒，但可利用能源转化为不可利用或难以利用的能源，减少了可利用能源的储量，因此担心能源枯竭并非杞人忧天，故B错误;水能和风能等能源来源于太阳能，是可再生能源，故C正确;能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程，故D正确。
课时跟踪检测
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A级——学考达标
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
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解析: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。
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2.(2025·浙江宁波阶段检测)下列哪些现象属于能量的耗散 ( )
A.利用水流发电产生电能
B.利用风力发电产生电能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
解析:能量耗散是指高品质的能量在利用过程中转化为了低品质的能量，内能的品质最低。故选D。
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3.(2025·山西长治质检)关于能源、能量，下列说法正确的是 ( )
A.能量是守恒的，所以不会发生能源危机
B.能量利用过程中存在能量耗散，说明能量在不断减少
C.能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源
D.能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性
解析:能量是守恒的，能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源，会发生能源危机，故A错误，C正确;在自然界中能量是守恒的，能量耗散只是能量从一种形式转化成另一种形式，故B错误;由于能量耗散，能量的转化或转移具有方向性，故D错误。
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4.(多选)关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A.化石能源是不可再生能源，水能是可再生能源
B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D.能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了
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解析:化石能源是不可再生能源，水能是可再生能源，故A正确;人类在不断地开发和利用新能源，但能量不可以被创造，故B错误;在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能源的品质在降低，所以还需要节约能源，故C错误;能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，故D正确。
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5.中国新能源汽车产销量位居全球首位，我国电动化技术总体处于全球领先水平。一辆新能源电动汽车所用电池是锂电池，在水平公路上加速启动，在此过程中电能向其他形式的能量转化，下列说法正确的是 ( )
A.电能转化为化学能和内能
B.电能转化为重力势能和内能
C.电能转化为动能和重力势能
D.电能转化为动能和内能
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解析:普通路面上摩擦力都是不能忽略不计的，另外电动汽车车轮与轴之间也有摩擦，由于摩擦生热，部分电能向内能转化，另外电池和电动机均有电阻，电流通过这些电阻的过程中将产生焦耳热，电动汽车在水平公路上加速启动，速度增大，动能增大，所以电能转化为动能和内能。故选D。
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6.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
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解析: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。
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7.白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的国家重大工程。水电站装机总容量为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
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解析: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。
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8.(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
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解析:一切与热现象有关的物理过程都是有方向性的，可知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，可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;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。
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9.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
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解析: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。
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10.(10分)(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。
答案:2.88×106 J
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。
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B级——选考进阶
11.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。在右端管口用盖板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
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解析: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管中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。
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12.(2025·浙江温州月考)如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地的风速为6 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16 kW，则下列说法正确的是 ( )
A.若风速变大，则发电的功率变大
B.每秒流经此圆面空气的动能约为1.6 kJ
C.每秒流经此圆面空气的动能约为16 kJ
D.经过此圆面空气动能的90%转化为内能
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√
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解析:时间Δt内流经此圆面空气的质量为Δm=ρπr2vΔt，则发电功率为P=，解得P=，可知若风速变大，则发电的功率变大，故A正确;已知P0=16 kW，则有P0=，解得Ek0=160 kJ，故B、C错误;该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，空气还存在一定的动能，则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%，故D错误。
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13.(12分)十三陵抽水蓄能电站是利用十三陵水库为下库，在蟒山顶上修建上库(又名“天池”)，上下库落差h=430 m。其工作原理是:白天用电高峰期，将天池中的水引向下游水库，经过水轮机带动发电机产生电;晚上用电低谷期，则用抽水机将水由下游水库引向天池，由此循环来发电。假设某时刻将下游水库的水抽入天池，用电动机带动效率为η=60%的离心水泵工作，工作电压为U=380 V，此时输入电动机的电功率为P=19 kW，电动机的内阻为r=0.4 Ω。已知水的密度为ρ=1×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。求:
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(1)电动机内阻消耗的热功率Pr;
答案:1×103 W
解析:通过电动机的电流为I== A=50 A，电动机内阻消耗的热功率Pr=I2r=502×0.4 W=1×103 W。
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(2)如果有10台这样的水泵同时工作，将540 m3水蓄入天池，需多长时间。(不计进、出水口的水流速度)
答案:2.15×104 s
解析:540 m3水蓄入天池，增加的重力势能为ρVgh，一台水泵工作时间t做的有用功为0.6×(P-Pr)t，则ρVgh=10×0.6×(P-Pr)t，代入数据解得t=2.15×104 s。
2
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4课时跟踪检测(十九) 能源与可持续发展
(选择题1~9小题,每小题4分;11~12小题,每小题6分。本检测卷满分70分)
A级——学考达标
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
2.(2025·浙江宁波阶段检测)下列哪些现象属于能量的耗散 ( )
A.利用水流发电产生电能
B.利用风力发电产生电能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
3.(2025·山西长治质检)关于能源、能量,下列说法正确的是 ( )
A.能量是守恒的,所以不会发生能源危机
B.能量利用过程中存在能量耗散,说明能量在不断减少
C.能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源
D.能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性
4.(多选)关于能量和能源,下列说法正确的是 ( )
A.化石能源是不可再生能源,水能是可再生能源
B.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
C.在能源的利用过程中,由于能量在数量上并未减少,所以不需要节约能源
D.能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了
5.中国新能源汽车产销量位居全球首位,我国电动化技术总体处于全球领先水平。一辆新能源电动汽车所用电池是锂电池,在水平公路上加速启动,在此过程中电能向其他形式的能量转化,下列说法正确的是 ( )
A.电能转化为化学能和内能
B.电能转化为重力势能和内能
C.电能转化为动能和重力势能
D.电能转化为动能和内能
6.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
7.白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的国家重大工程。水电站装机总容量为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
8.(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
9.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
10.(10分)(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。
B级——选考进阶
11.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。在右端管口用盖板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
12.(2025·浙江温州月考)如图所示,某地有一风力发电机,其叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地的风速为6 m/s,风向恰好跟叶片转动的圆面垂直,该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能,发电的功率约为16 kW,则下列说法正确的是 ( )
A.若风速变大,则发电的功率变大
B.每秒流经此圆面空气的动能约为1.6 kJ
C.每秒流经此圆面空气的动能约为16 kJ
D.经过此圆面空气动能的90%转化为内能
13.(12分)十三陵抽水蓄能电站是利用十三陵水库为下库,在蟒山顶上修建上库(又名“天池”),上下库落差h=430 m。其工作原理是:白天用电高峰期,将天池中的水引向下游水库,经过水轮机带动发电机产生电;晚上用电低谷期,则用抽水机将水由下游水库引向天池,由此循环来发电。假设某时刻将下游水库的水抽入天池,用电动机带动效率为η=60%的离心水泵工作,工作电压为U=380 V,此时输入电动机的电功率为P=19 kW,电动机的内阻为r=0.4 Ω。已知水的密度为ρ=1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)电动机内阻消耗的热功率Pr;
(2)如果有10台这样的水泵同时工作,将540 m3水蓄入天池,需多长时间。(不计进、出水口的水流速度)
课时跟踪检测(十九)
1.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.选D 能量耗散是指高品质的能量在利用过程中转化为了低品质的能量,内能的品质最低。故选D。
3.选C 能量是守恒的,能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源,会发生能源危机,故A错误,C正确;在自然界中能量是守恒的,能量耗散只是能量从一种形式转化成另一种形式,故B错误;由于能量耗散,能量的转化或转移具有方向性,故D错误。
4.选AD 化石能源是不可再生能源,水能是可再生能源,故A正确;人类在不断地开发和利用新能源,但能量不可以被创造,故B错误;在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未减少,但是能源的品质在降低,所以还需要节约能源,故C错误;能源危机的深层次含义是能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,故D正确。
5.选D 普通路面上摩擦力都是不能忽略不计的,另外电动汽车车轮与轴之间也有摩擦,由于摩擦生热,部分电能向内能转化,另外电池和电动机均有电阻,电流通过这些电阻的过程中将产生焦耳热,电动汽车在水平公路上加速启动,速度增大,动能增大,所以电能转化为动能和内能。故选D。
6.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。
7.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。
8.选BC 一切与热现象有关的物理过程都是有方向性的,可知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,可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;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。
9.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。
10.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
11.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管中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。
12.选A 时间Δt内流经此圆面空气的质量为Δm=ρπr2vΔt,则发电功率为P=,解得P=,可知若风速变大,则发电的功率变大,故A正确;已知P0=16 kW,则有P0=,解得Ek0=160 kJ,故B、C错误;该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能,空气还存在一定的动能,则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%,故D错误。
13.解析:(1)通过电动机的电流为I== A=50 A,电动机内阻消耗的热功率Pr=I2r=502×0.4 W=1×103 W。
(2)540 m3水蓄入天池,增加的重力势能为ρVgh,一台水泵工作时间t做的有用功为0.6×(P-Pr)t,则ρVgh=10×0.6×(P-Pr)t,代入数据解得t=2.15×104 s。
答案:(1)1×103 W (2)2.15×104 s
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