4.能源与可持续发展
考点一 能量守恒定律 能量转移或转化的方向性
1.（多选）为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有（ ）
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
2.（多选）根据能量转移或转化的方向性，下列判断正确的是（ ）
A.电流的电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D.能量不能被创造或被消灭
3.假如某运动员在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J。该运动员在此过程中（ ）
A.动能增加了1 900 J B.动能增加了2 000 J
C.重力势能减小了1 900 J D.重力势能减小了2 000 J
4.针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法中错误的是（ ）
A.排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B.排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律
C.当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D.能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
5.说明下列现象中的能量转化情况。
（1）水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越变越小，最后停止；
（2）在空气阻力作用下，单摆摆动的幅度越来越小，最后停下来；
（3）火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块木板，速度减小；
（4）柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处。
考点二 能源的分类与应用
6.（多选）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90％），把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是（ ）
A.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C.该技术实现了煤的清洁利用
D.该技术实现了煤的高效利用
7.（多选）关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ）
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
8.柴油在柴油机的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，气体的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能。燃烧相同的柴油，输出的机械能越多，柴油机越节能。有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，感知一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A.尾气的温度越高，柴油机越节能
B.尾气的温度越低，柴油机越节能
C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D.以上说法均不正确
9.（多选）可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3“可燃冰”可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，下列关于“可燃冰”的说法正确的是（ ）
A.“可燃冰”是不可再生能源
B.“可燃冰”属于可再生能源
C.1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量小
D.相同体积的“可燃冰”和天然气完全燃烧后，“可燃冰”释放的热量多
10.（多选）电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的外界空气，这说明了（ ）
A.热量能自发地从低温物体传到高温物体
B.在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C.热量的传递过程不具有方向性
D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
11.风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
（1）单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式；
（2）风力发电机利用风能的效率表示式。
12.目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图是某研究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7 kW。在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产生的电压为160 V，并对车上的电动机提供12 A的电流。
（1）在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
（2）如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75％，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180 N，则在1 min内这辆汽车行驶了多少米？
4.能源与可持续发展
1.BD 能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源，植树造林，故B、D正确。
2.BCD 根据能量转移或转化的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故D正确。
3.C 根据动能定理知，该运动员动能的增加量等于其所受所有外力做功的代数和，即该运动员增加的动能ΔEk＝WG＋Wf＝1 900 J－100 J＝1 800 J，A、B错误；重力做功与重力势能改变量的关系为WG＝－ΔEp，即重力势能减少了1 900 J，C正确，D错误。
4.A 排放废气浪费能源，但不违反能量守恒定律，故A错误；排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律，故B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确。
5.见解析
解析：（1）汽车的机械能转化为内能。
（2）单摆的机械能转化为内能。
（3）火药爆炸产生燃气，是化学能转化为内能的过程；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，是内能转化为机械能的过程；子弹射穿一块木板，速度减小，是机械能转化为内能的过程。
（4）柴油机带动发电机发电，是化学能转化为内能，内能再变成机械能，最后再转化为电能的过程；电能供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能的过程。
6.ACD 煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确。
7.ACD 能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能源在利用过程中转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；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，故D正确。
8.B 在压缩冲程中，汽缸内气体内能增大，温度升高，压强增大，这是对空气做功，做功改变内能的实质就是机械能和内能的转化，空气温度升高，就说明是机械能转化为内能。在做功冲程中，汽缸顶部的喷油嘴喷出雾状的柴油，遇到高温空气就会燃烧，从而产生高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能。在做功的过程中，内能转化为活塞的机械能多，尾气的温度越低，柴油机越节能。故选项B正确。
9.AD “可燃冰”可转化为天然气和水，属于不可再生能源，故A正确，B错误；1 m3“可燃冰”能转化为0.8 m3的水和164 m3的天然气，则1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量大，在相同体积的条件下，完全燃烧时“可燃冰”比天然气放出的热量多，故C错误，D正确。
10.BD 一切自发过程都具有方向性，热量总是由高温物体自发地传向低温物体。在外界帮助下，热量可以从低温物体传向高温物体。故选B、D。
11.（1）πr2ρ （2）
解析：（1）由能量转化和守恒定律可知
m＝P总t ①
而m＝πr2v0tρ ②
把②代入①解得P总＝πr2ρ。
（2）η＝＝。
12.（1）1 920 W （2）480 m
解析：（1）电动机消耗的电功率
P＝UI＝160×12 W＝1 920 W。
（2）由P＝得W电＝Pt＝1 920×60 J＝115 200 J
由题意W机＝W电·η＝115 200 J×75％＝86 400 J
又由W＝Fs得
汽车行驶的距离s＝＝ m＝480 m。
3 / 34.能源与可持续发展
课标要求 素养目标
1.了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式，初步了解核裂变与核聚变。 2.知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。 3.了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响 1.知道能量的多种形式；能区分可再生能源和不可再生能源；理解能量守恒定律。（物理观念） 2.通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。（科学思维） 3.能主动关心能源和可持续发展问题；能认识能源的过度开发和利用对环境的影响。（科学态度与责任）
知识点一 能量转移或转化的方向性
1.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，能量的总量保持不变。
2.能量转化或转移的不可逆性
一切与 有关的宏观自然过程都是不可逆的。
3.能量耗散：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的 ，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫作能量的耗散。
4.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 上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
知识点二 能源的分类与应用 能源与社会发展
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。
（2）可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以 的能源。
2.能源的开发与应用
近年来，我国在能源开发方面取得了很大成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、 发电等。
3.能源与社会发展
（1）能源利用的三个时期：柴薪时期、 时期、 时期。
（2）能源是人类社会活动的 。
4.煤炭和石油的燃烧对环境的危害
（1）燃烧时增加了大气中 的含量，加剧了温室效应。
（2）因为煤炭和石油中含有硫，燃烧时形成二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“ ”。
（3）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—— 。
5.能源的开发与环境的关系
（1）人类的生存与发展需要 ，能源的开发与使用又会对环境造成 。
（2）一方面要大力提倡 ，另一方面要发展 能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的 能源。
【情景思辨】
如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列说法的正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小。（ ）
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变。（ ）
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内能。（ ）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶端。（ ）
要点一 能量转化与转移的规律
【探究】
（1）小型汽油机模型如图所示，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
（2）内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？
【归纳】
1.能量的存在形式及相互转化
（1）各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子能等。
（2）各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2.应用能量转化与守恒解题的步骤
（1）首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
（2）分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
（3）依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
3.能量转移或转化的方向性
（1）宏观自然过程的方向性
在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋腐朽倒塌，人从出生到死亡等。
（2）与热现象有关的能量转化的方向性
①机械能和内能的转化过程具有方向性
机械能可以全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化。
②热传导具有方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不能自发地从低温物体向高温物体传递。
③气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体。
④气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。
结论：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
【典例1】 构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（ ）
A.200 J B.250 J
C.300 J D.500 J
尝试解答
【典例2】 （多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（ ）
A.能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用
B.各种形式的能量在转化时，总能量是不变的
C.在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的
D.各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
尝试解答
某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的扇叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10％的空气的动能转化为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
要点二 能源与可持续发展
【探究】
仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。
（1）人类社会能离开能源吗？
（2）能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？
（3）为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？
【归纳】
能源的分类方式及能源特点对比
分类方法 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
续表
分类方法 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、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
按对环境 的污染情 况分 清洁能源 对环境基本没有污染 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）
【典例3】 关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A.由于自然界中的能量是守恒的，所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少
C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
尝试解答
1.（多选）下列关于能源的说法正确的是（ ）
A.能源是取之不尽，用之不竭的
B.能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
2.（多选）在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是（ ）
A.能量耗散说明能量在不断的减少
B.能量耗散遵循能量守恒定律
C.能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失
D.能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
1.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是（ ）
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
2.关于能源的利用和节约，下列说法正确的是（ ）
A.根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100％
B.由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C.节约能量只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D.在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
3.（多选）关于“温室效应”，下列说法正确的是（ ）
A.太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B.石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C.“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D.“温室效应”使得土壤酸化
4.如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：（结果保留整数）
（1）太阳能节能灯的能量转化情况；
（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
（3）太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
4.能源与可持续发展
【基础知识·准落实】
知识点一
1.转化 转移 2.热现象 3.内能 4.品质
知识点二
1.（1）化石 （2）再生 2.核能 3.（1）煤炭 石油
（2）物质基础 4.（1）二氧化碳 （2）酸雨 （3）光化学烟雾 5.（1）能源 影响 （2）节能 可再生 清洁
情景思辨
（1）× （2）√ （3）√ （4）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 提示：（1）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）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。
【典例1】 A 电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的。故节约的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。
【典例2】 ABC 根据能量守恒定律和能量耗散知，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是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，故选项A、B、C正确，D错误。
素养训练
3.4 kW
解析：在时间t内作用于风车的空气的质量为m＝πr2vtρ
这些空气的动能为Ek＝mv2
转化的电能为E＝Ek×10％
故风车带动的发电机功率为
P＝＝ρπr2v3×10％
代入数据解得P＝3.4 kW。
要点二
知识精研
【探究】 提示：（1）人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展离不开能源。
（2）会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。
（3）因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。
【典例3】 B 虽然自然界中的能量是守恒的，但在能源的使用过程中，能量可利用的品质会下降，所以需要节约能源，故A错误；根据能量守恒定律，在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少，故B正确；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；根据能量守恒定律可知，能量不可以被创造，故D错误。
素养训练
1.BC 尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。
2.BD 能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会不断减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化必须遵循能量守恒定律，B正确；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确。
【教学效果·勤检测】
1.A 帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。
2.D 能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。
3.BC “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故选项B、C正确。
4.（1）见解析 （2）370 W （3）10％
解析：（1）能量转化：太阳能→电能→光能（热能）。
（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率
P＝ W≈370 W。
（3）节能灯利用太阳能的效率
η＝×100％≈10％。
6 / 6(共71张PPT)
4.能源与可持续发展
课标要求 素养目标
1.了解利用水能、风能、太阳能
和核能的方式，初步了解核裂变
与核聚变。 2.知道不同形式的能量可互相转
化，在转化过程中能量总量保持
不变，能量转化是有方向性的。 3.了解可再生能源和不可再生能
源的分类，认识能源的过度开发
和利用对环境的影响 1.知道能量的多种形式；能区分可
再生能源和不可再生能源；理解能
量守恒定律。（物理观念）
2.通过对生活中能量转化的实例分
析，理解能量守恒定律的确切含
义。（科学思维）
3.能主动关心能源和可持续发展问
题；能认识能源的过度开发和利用
对环境的影响。（科学态度与责
任）
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 能量转移或转化的方向性
1. 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，能量的总量保持不变。
2. 能量转化或转移的不可逆性
一切与 有关的宏观自然过程都是不可逆的。
转化
转移
热现象
3. 能量耗散：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化
为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境
的 ，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这种现
象叫作能量的耗散。
4. 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 上降低了，从便于利用的能源变成不便
于利用的能源。
内能
品质
知识点二 能源的分类与应用 能源与社会发展
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。
（2）可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以 的
能源。
2. 能源的开发与应用
近年来，我国在能源开发方面取得了很大成就，如太阳能发电、水
力发电、风能发电、 发电等。
化石
再生
核能
3. 能源与社会发展
（1）能源利用的三个时期：柴薪时期、 时期、
时期。
（2）能源是人类社会活动的 。
煤炭
石油
物质基础
4. 煤炭和石油的燃烧对环境的危害
（1）燃烧时增加了大气中 的含量，加剧了温室效
应。
（2）因为煤炭和石油中含有硫，燃烧时形成二氧化硫等物质使雨
水的酸度升高，形成“ ”。
（3）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—— 。
二氧化碳
酸雨
光化学烟雾
5. 能源的开发与环境的关系
（1）人类的生存与发展需要 ，能源的开发与使用又会对
环境造成 。
（2）一方面要大力提倡 ，另一方面要发展 能
源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态
环境的污染程度低的 能源。
能源
影响
节能
可再生
清洁
【情景思辨】
如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列说法的正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总
能量减小。 （ × ）
×
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增加，机械能减小，总
能量不变。 （ √ ）
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内
能。 （ √ ）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶
端。 （ × ）
√
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 能量转化与转移的规律
【探究】
（1）小型汽油机模型如图所示，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。
【归纳】
1. 能量的存在形式及相互转化
（1）各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的
热运动有内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子
能等。
（2）各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用
电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为
内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2. 应用能量转化与守恒解题的步骤
（1）首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及
初、末状态能量的具体形式。
（2）分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
（3）依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
3. 能量转移或转化的方向性
（1）宏观自然过程的方向性
在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，所有的宏
观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不
可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋
腐朽倒塌，人从出生到死亡等。
（2）与热现象有关的能量转化的方向性
①机械能和内能的转化过程具有方向性
机械能可以全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为
机械能而不引起其他变化。
②热传导具有方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不能自发地
从低温物体向高温物体传递。
③气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合
气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两
种不同的气体。
④气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发
地从容器中流出，使容器内变为真空。
结论：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
【典例1】 构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方
面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电
机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行
时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成
电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，
第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系
如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的
关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（ ）
A. 200 J B. 250 J
C. 300 J D. 500 J
解析：电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次
的位移是第一次的Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。
【典例2】 （多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（ ）
A. 能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们
无法把这些内能收集起来重新利用
B. 各种形式的能量在转化时，总能量是不变的
C. 在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上
降低了，从便于利用的变成了不便于利用的
D. 各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
解析：根据能量守恒定律和能量耗散知，在能源的利用过程中，能量
的总量并未减少，但是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，故选项A、B、C正确，D错误。
某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的
扇叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10％
的空气的动能转化为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
答案：3.4 kW
解析：在时间t内作用于风车的空气的质量为m＝πr2vtρ
这些空气的动能为Ek＝mv2
转化的电能为E＝Ek×10％
故风车带动的发电机功率为
P＝＝ρπr2v3×10％
代入数据解得P＝3.4 kW。
要点二 能源与可持续发展
【探究】
仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。
（1）人类社会能离开能源吗？
提示：人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展
离不开能源。
（2）能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？
提示：会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。
（3）为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？
提示：因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。
【归纳】
能源的分类方式及能源特点对比
分类
方法 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
分类
方法 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、风能
分类方
法 分类名
称 特点 举例
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
按对环
境的污
染情况
分 清洁能
源 对环境基本没有
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）
【典例3】 关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A. 由于自然界中的能量是守恒的，所以不需要节约能源
B. 在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少
C. 能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D. 人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
解析：虽然自然界中的能量是守恒的，但在能源的使用过程中，能量
可利用的品质会下降，所以需要节约能源，故A错误；根据能量守恒
定律，在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少，故B正确；
能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；根据能量守
恒定律可知，能量不可以被创造，故D错误。
1. （多选）下列关于能源的说法正确的是（ ）
A. 能源是取之不尽，用之不竭的
B. 能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C. 大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D. 核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析： 尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所
以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的
利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。
2. （多选）在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内
能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理
解正确的是（ ）
A. 能量耗散说明能量在不断的减少
B. 能量耗散遵循能量守恒定律
C. 能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失
D. 能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
解析： 能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不
会不断减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量
变化必须遵循能量守恒定律，B正确；能量既不能凭空产生，也不
能凭空消失，C错误；能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不
可收集利用的方向转化，D正确。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照
射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的
能量转化情况是（ ）
A. 太阳能→电能→机械能
B. 太阳能→机械能→电能
C. 电能→太阳能→机械能
D. 机械能→太阳能→电能
解析： 帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电
扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械
能，故选A。
2. 关于能源的利用和节约，下列说法正确的是（ ）
A. 根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100％
B. 由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节
约能源的意义不大
C. 节约能量只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D. 在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
解析： 能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到
没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被
利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据
能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减
少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不
够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，
以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。
3. （多选）关于“温室效应”，下列说法正确的是（ ）
A. 太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B. 石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，
由此产生了“温室效应”
C. “温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D. “温室效应”使得土壤酸化
解析： “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的
二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上
升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒
灌、耕地盐碱化等，故选项B、C正确。
4. 如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V
9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积
为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一
天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：（结果
保留整数）
（1）太阳能节能灯的能量转化情况；
答案：见解析
解析：能量转化：太阳能→电能→光能
（热能）。
（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
答案：370 W
解析：太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率
P＝ W≈370 W。
（3）太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
答案：10％
解析：节能灯利用太阳能的效率
η＝×100％≈10％。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
考点一 能量守恒定律 能量转移或转化的方向性
1. （多选）为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有（ ）
A. 禁止使用煤、石油和天然气
B. 开发使用核能、太阳能
C. 将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D. 植树造林
解析： 能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规
能源的使用，大力开发新能源，植树造林，故B、D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. （多选）根据能量转移或转化的方向性，下列判断正确的是
（ ）
A. 电流的电能不可能全部转化为内能
B. 在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C. 热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D. 能量不能被创造或被消灭
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 根据能量转移或转化的方向性可知，凡是与热现象有
关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能，而内
能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化为
内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故A错
误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消
灭，故D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3. 假如某运动员在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持
同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J，他克服阻力做功
100 J。该运动员在此过程中（ ）
A. 动能增加了1 900 J
B. 动能增加了2 000 J
C. 重力势能减小了1 900 J
D. 重力势能减小了2 000 J
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 根据动能定理知，该运动员动能的增加量等于其所受所
有外力做功的代数和，即该运动员增加的动能ΔEk＝WG＋Wf＝1 900
J－100 J＝1 800 J，A、B错误；重力做功与重力势能改变量的关系
为WG＝－ΔEp，即重力势能减少了1 900 J，C正确，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4. 针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法中错误的
是（ ）
A. 排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B. 排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律
C. 当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D. 能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 排放废气浪费能源，但不违反能量守恒定律，故A错
误；排放废气引起能量耗散，但并没有违反能量守恒定律，故B正
确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放
等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间
的相互联系与转化，故D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5. 说明下列现象中的能量转化情况。
（1）水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越变越小，
最后停止；
解析：汽车的机械能转化为内能。
（2）在空气阻力作用下，单摆摆动的幅度越来越小，最后停下
来；
解析：单摆的机械能转化为内能。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（3）火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，
射穿一块木板，速度减小；
解析：火药爆炸产生燃气，是化学能转化为内能的过
程；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，是内能转化为机
械能的过程；子弹射穿一块木板，速度减小，是机械能转化
为内能的过程。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：柴油机带动发电机发电，是化学能转化为内能，内能再变成机械能，最后再转化为电能的过程；电能供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能的过程。
（4）柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽
到高处。
答案：见解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
考点二 能源的分类与应用
6. （多选）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污
染环境，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变
成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90％），把煤“吃干榨尽”。
下列有关说法正确的是（ ）
A. 煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B. 煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C. 该技术实现了煤的清洁利用
D. 该技术实现了煤的高效利用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有
化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、
D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7. （多选）关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ）
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常
规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能源在利用过程中转化
为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数
量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时
考虑其对生态环境的影响，故C正确；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，故D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8. 柴油在柴油机的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，气体的化学能
转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又
转化为柴油机的机械能。燃烧相同的柴油，输出的机械能越多，柴
油机越节能。有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手
伸到柴油机排气管附近，感知一下尾气的温度，就能判断出这台柴
油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温
度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A. 尾气的温度越高，柴油机越节能
B. 尾气的温度越低，柴油机越节能
C. 尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D. 以上说法均不正确
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 在压缩冲程中，汽缸内气体内能增大，温度升高，压强
增大，这是对空气做功，做功改变内能的实质就是机械能和内能的
转化，空气温度升高，就说明是机械能转化为内能。在做功冲程
中，汽缸顶部的喷油嘴喷出雾状的柴油，遇到高温空气就会燃烧，
从而产生高温高压的燃气推动活塞向下运动，对活塞做功，燃气的
内能转化为活塞的机械能。在做功的过程中，内能转化为活塞的机
械能多，尾气的温度越低，柴油机越节能。故选项B正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9. （多选）可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3“可燃冰”
可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，下列关于“可燃冰”的说
法正确的是（ ）
A. “可燃冰”是不可再生能源
B. “可燃冰”属于可再生能源
C. 1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量小
D. 相同体积的“可燃冰”和天然气完全燃烧后，“可燃冰”释放的热
量多
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： “可燃冰”可转化为天然气和水，属于不可再生能
源，故A正确，B错误；1 m3“可燃冰”能转化为0.8 m3的水和164
m3的天然气，则1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量大，在相同体积
的条件下，完全燃烧时“可燃冰”比天然气放出的热量多，故C错
误，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10. （多选）电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传到温
度较高的外界空气，这说明了（ ）
A. 热量能自发地从低温物体传到高温物体
B. 在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C. 热量的传递过程不具有方向性
D. 在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
解析： 一切自发过程都具有方向性，热量总是由高温物体自
发地传向低温物体。在外界帮助下，热量可以从低温物体传向高
温物体。故选B、D。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
11. 风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我
国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的
情景。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利
用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速
为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
（1）单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式；
答案：πr2ρ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：由能量转化和守恒定律可知
m＝P总t ①
而m＝πr2v0tρ ②
把②代入①解得P总＝πr2ρ。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（2）风力发电机利用风能的效率表示式。
答案：
解析： η＝＝。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12. 目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图是某研
究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池将接收到的太阳
能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳
光照射到电池板上的辐射功率为7 kW。在晴朗的天气里，太阳
能电池对着太阳时产生的电压为160 V，并对车上的电动机提
供12 A的电流。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案：1 920 W
解析：电动机消耗的电功率
P＝UI＝160×12 W＝1 920 W。
（1）在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（2）如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75
％，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180
N，则在1 min内这辆汽车行驶了多少米？
答案：480 m
解析：由P＝得W电＝Pt＝1 920×60 J＝115 200 J
由题意W机＝W电·η＝115 200 J×75％＝86 400 J又由W＝Fs得
汽车行驶的距离s＝＝ m＝480 m。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
谢谢观看!
