20.3 能量的转化与能量守恒
20.4 能源、环境与可持续发展
学习目标
1.能列举实例，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。 2．知道能量守恒定律，能列举生活中能量守恒的实例。 3．有用能量转化和守恒的观点分析环境问题的意识；知道能量的转化与转移有一定的方向性。 4．能从能量转化和转移的角度认识效率。 5．认识能源消耗对环境的影响。 6．了解我国和世界的能源状况；对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
知识点一 能量的转化与能量守恒
1．同一种形式的能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一个物体的一部分转移到另一部分。
2．人类发明和制造的各种机械和机器，可以实现能量的转化。蒸汽机工作时将内能转化为机械能；风力发电机工作时把风能转化为电能；电动机工作时把电能转化为机械能；充电器给手机充电时将电能转化为化学能；核反应堆工作时将核能转化为内能。
3．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化的过程中，总量保持不变。这就是能量守恒定律。
4．永动机不可以(选填“可以”或“不可以”)制成。
5．能量的转移和转化过程是有方向性的，我们所能利用的能源是有限的，因此需要节约能源，提高能源的利用率。
知识点二 能源、环境与可持续发展
6．煤、石油、天然气等化石燃料在燃烧时会产生大量的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等气体和烟尘，以及汽车尾气和各种工业废气，会造成大气污染，并导致温室效应、酸雨等灾害。此外，火力发电厂发电所产生的“余热”会引起热污染；泄漏的石油会污染海洋，引起生态危机。
7．当一个地区或国家的碳排放量达到一个最大值，不再增长时即为“碳达峰”；“碳中和”是指一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林等增加吸收二氧化碳的方式以抵消碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。
8．“绿水青山就是金山银山。”为了减少能源利用对环境的污染和破坏，做到可持续发展，我们必须改进传统能源的技术，同时还要着力开发无污染的“绿色能源”。
重点一 能量的转移与转化
应用方法：关于能量的转化和转移，主要从能量的转化形式和区分能量的转化和转移两个方面考查。
①判断能量的转化形式时，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是将消耗的能量转化为得到的能量。
②判断是能量转移还是能量转化的方法：明确某一过程前后能量的存在形式是否发生变化，若能量的存在形式发生变化，则为能量的转化，若能量的存在形式没有发生变化，则为能量的转移。
【跟踪训练】 1.下列能量转化过程中，属于化学能转化为电能的是( C )
A．用电饭锅煮饭 B．用电灯照明
C．用干电池做电源 D．给手机电池充电
重点二 能量守恒定律的理解与应用
应用方法：解有关能量守恒的题目时要注意以下两点：①能量守恒是自然界中的普遍规律，能量的总量永远守恒，但是对于某个个体来说，能量不一定守恒；②永动机违背能量守恒定律，所以永动机是不可能制造出来的。
【跟踪训练】 2.如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作，这种永动机________(选填“能够”或“不能”)永远工作下去，因为在这一过程中会有一部分________能转化为________能，而能量的总量保持不变。
【答案】不能 机械 内
基础巩固
1．人类的发展离不开能源，实现“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。综合实践活动中，同学们针对我国所采取的举措，对能源的有关问题进行了讨论，下列说法正确的是( C )
A．发展可再生能源，例如太阳能电池可以将化学能转化为电能
B．交通运输低碳转型，例如电动汽车替代燃油汽车，会增加碳的排放
C．发展清洁能源，如水力发电将机械能转化为电能
D．利用低碳能源，核电站利用核聚变释放的核能发电
2．以下四幅图中，关于能量转化的说法错误的是( D )
A．图甲中过山车向下运动时重力势能转化为动能
B．图乙中水电站将水的机械能转化为电能
C．图丙中自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能
D．图丁中汽车在刹车过程中，刹车片会发热，内能转化为动能
3．酸雨对生态系统的破坏很大，被称为“空中死神”。酸雨形成的主要原因是( C )
A．火山爆发
B．农药污染
C．大气中二氧化硫过多
D．二氧化碳污染
4．下列做法不能减轻温室效应的是( D )
A．植树造林，严禁乱砍滥伐森林
B．在生产和生活中提倡使用节能技术和节能产品
C．提倡乘坐公共交通、骑自行车或以步行的方式出行
D．大量使用酒精、沼气
5．“绿水青山就是金山银山”，我们国家大力提倡保护环境。新能源的开发与利用成为热点，光伏发电站的推广实现了将________能转化为电能，这种绿色能源具有清洁的优点。
【答案】太阳
6．汽车刹车时，由于摩擦，汽车的机械能转化为地面、空气的________能，这些能量________(选填“能”或“不能”)自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化和转移具有________。
【答案】内 不能 方向性
能力达标
7．把“能量的转化”和“能量的转移”填在相应的横线上。
(1)电灯发光：_____________________________________________________；
(2)钻木取火：______________________________________________________；
(3)利用太阳能把水加热：____________________________________________；
(4)内燃机的压缩冲程：_____________________________________________。
【答案】(1)能量的转化 (2)能量的转化 (3)能量的转移 (4)能量的转化
8．下列有关“能源与可持续发展”的说法正确的是( B )
A．由于煤、石油、天然气存在于地下，所以对它们的开采和使用不会污染环境
B．能量的转化与转移具有方向性，如消耗掉的内能不能收集起来再利用，因此要节约能源
C．因水能清洁、安全，因此修建水电站利用水能发电有百利而无一害
D．风能、水能、太阳能、核能都可以从自然界源源不断地得到，它们都是可再生能源
9．建设人与自然和谐共生的美丽家园，打响蓝天保卫战，能源问题已成焦点，全球能源将发生巨大变革。下列关于能源问题，说法正确的是( B )
A．天然气燃烧产生的二氧化碳，不会加剧地球的温室效应
B．煤是不可再生的化石能源，它在能源领域的重要性有所降低
C．地下石油资源取之不尽用之不竭，可无限开采
D．核电站可完全替代火力发电站，因为核能是可再生能源
10．“60＋”生活方式指任何对自然环境友善，对节能减排有益，有助于推动环境和社会可持续发展的绿色生活行为方式，而且要让环保行为超过60分钟，让环保行为和环保思考渗透到平时的生活方式中。下列做法与此概念不符的是( B )
A．骑“共享单车”出行
B．使用一次性餐具
C．人走灯灭、少开空调
D．对垃圾进行分类
素养提升
11．小强制作了一个实验装置，称之为“永动机”，如图所示，它由转轮(由五根轻杆组成)和转轴构成，在轻杆末端装有由形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮，弯曲的叶片进入热水后，因吸热而伸展，起到“划水”的作用，从而推动转轮转动；叶片离开热水后，因冷却迅速恢复成弯曲形状，转轮因此能较长时间转动。
(1)进入热水的叶片会伸展，它的弹性势能转化为________能。
(2)叶片在热水中吸收的热量一定________(选填“大于”“等于”或“小于”)叶片对水做的功。
(3)实验证明这个“永动机”并不能一直工作，“永动机”的设想违背了______________________________________________________________________。
【答案】(1)动 (2)大于 (3)能量守恒定律
12．如图所示，一杯水的内能突然集中在这杯水的上层，从而使上面的水剧烈沸腾，而下面的水却结了冰。你认为这种情况________(选填“可能”或“不可能”)发生，原因是______________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
【答案】不可能 能量的转移和转化具有方向性
13．阅读短文，回答问题。
戈壁滩上的“向日葵”
在甘肃省敦煌市西南方向约15千米的戈壁滩上有一处充满科幻感的设施(如图甲)，这是目前全球装机容量第二的熔盐塔式光热电站。光热电站的镜场面积为140多万平方米，1万多面巨大的定日镜在计算机的精确控制下，能如同向日葵一样随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到260米高的吸热塔的吸热器上。
在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光。而位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了。
在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是最关键的核心部位，吸热器内部有由多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，将能量存储在液态熔盐中，为汽轮发电机组提供所需的热源。
(1)太阳能光热电站利用平面镜________太阳光，聚集到吸热塔上进行加热。
(2)在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少，原因是_____________________________________________________。
(3)请结合图乙完成太阳能光热发电的能量转化流程图。
【答案】(1)反射
(2)南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了
(3)太阳能 机械能
14．我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀 235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，若仅供电，每秒提供的电能为1.25×109 J；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为1.21×109 J、热量为2×108 J，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。(标准煤的热值取3.0×107 J/kg)
(1)核燃料反应堆中的铀 235是________(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)补充完整核能发电的能量转化过程。
核能→内能→________→电能
(3)若给居民供热5.4×1015 J，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？
(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为多少？
【解析】(1)核燃料反应堆中的铀 235在短时间内不能再生，是不可再生能源。
(2)核能先转化为内能，再转化为机械能推动汽轮机，发电机再产生电能。
(3)依题意得，标准煤产生的热量
Q放＝5.4×1015 J。
由Q放＝mq得，标准煤完全燃烧的质量m＝＝＝1.8×108 kg。
(4)依题意得，单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为1.25×109 J；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为1.21×109 J、热量为2×108 J，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%，则
－＝3.2%。
单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为E＝5×109 J。
【答案】(1)不可再生 (2)机械能
(3)(4)见解析 20.3 能量的转化与能量守恒
20.4 能源、环境与可持续发展
学习目标
1.能列举实例，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。 2．知道能量守恒定律，能列举生活中能量守恒的实例。 3．有用能量转化和守恒的观点分析环境问题的意识；知道能量的转化与转移有一定的方向性。 4．能从能量转化和转移的角度认识效率。 5．认识能源消耗对环境的影响。 6．了解我国和世界的能源状况；对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
知识点一 能量的转化与能量守恒
1．同一种形式的能量可以从一个物体 到另一个物体，也可以从一个物体的一部分 到另一部分。
2．人类发明和制造的各种机械和机器，可以实现能量的 。蒸汽机工作时将 能转化为 能；风力发电机工作时把 能转化为 能；电动机工作时把 能转化为 能；充电器给手机充电时将 能转化为 能；核反应堆工作时将 能转化为 能。
3．能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化的过程中，总量保持 。这就是 。
4．永动机 (选填“可以”或“不可以”)制成。
5．能量的转移和转化过程是有 的，我们所能利用的能源是有限的，因此需要节约能源，提高能源的利用率。
知识点二 能源、环境与可持续发展
6．煤、石油、天然气等化石燃料在燃烧时会产生大量的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等气体和烟尘，以及汽车尾气和各种工业废气，会造成大气污染，并导致 、 等灾害。此外，火力发电厂发电所产生的“余热”会引起 ；泄漏的石油会污染海洋，引起生态危机。
7．当一个地区或国家的碳排放量达到一个最大值，不再增长时即为“ ”；“ ”是指一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林等增加吸收二氧化碳的方式以抵消碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。
8．“绿水青山就是金山银山。”为了减少能源利用对环境的污染和破坏，做到可持续发展，我们必须改进传统能源的技术，同时还要着力开发无污染的“ ”。
重点一 能量的转移与转化
应用方法：关于能量的转化和转移，主要从能量的转化形式和区分能量的转化和转移两个方面考查。
①判断能量的转化形式时，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是将消耗的能量转化为得到的能量。
②判断是能量转移还是能量转化的方法：明确某一过程前后能量的存在形式是否发生变化，若能量的存在形式发生变化，则为能量的转化，若能量的存在形式没有发生变化，则为能量的转移。
【跟踪训练】 1.下列能量转化过程中，属于化学能转化为电能的是( )
A．用电饭锅煮饭 B．用电灯照明
C．用干电池做电源 D．给手机电池充电
重点二 能量守恒定律的理解与应用
应用方法：解有关能量守恒的题目时要注意以下两点：①能量守恒是自然界中的普遍规律，能量的总量永远守恒，但是对于某个个体来说，能量不一定守恒；②永动机违背能量守恒定律，所以永动机是不可能制造出来的。
【跟踪训练】 2.如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作，这种永动机________(选填“能够”或“不能”)永远工作下去，因为在这一过程中会有一部分________能转化为________能，而能量的总量保持不变。
1．人类的发展离不开能源，实现“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。综合实践活动中，同学们针对我国所采取的举措，对能源的有关问题进行了讨论，下列说法正确的是( )
A．发展可再生能源，例如太阳能电池可以将化学能转化为电能
B．交通运输低碳转型，例如电动汽车替代燃油汽车，会增加碳的排放
C．发展清洁能源，如水力发电将机械能转化为电能
D．利用低碳能源，核电站利用核聚变释放的核能发电
2．以下四幅图中，关于能量转化的说法错误的是( )
A．图甲中过山车向下运动时重力势能转化为动能
B．图乙中水电站将水的机械能转化为电能
C．图丙中自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能
D．图丁中汽车在刹车过程中，刹车片会发热，内能转化为动能
3．酸雨对生态系统的破坏很大，被称为“空中死神”。酸雨形成的主要原因是( )
A．火山爆发
B．农药污染
C．大气中二氧化硫过多
D．二氧化碳污染
4．下列做法不能减轻温室效应的是( )
A．植树造林，严禁乱砍滥伐森林
B．在生产和生活中提倡使用节能技术和节能产品
C．提倡乘坐公共交通、骑自行车或以步行的方式出行
D．大量使用酒精、沼气
5．“绿水青山就是金山银山”，我们国家大力提倡保护环境。新能源的开发与利用成为热点，光伏发电站的推广实现了将________能转化为电能，这种绿色能源具有清洁的优点。
6．汽车刹车时，由于摩擦，汽车的机械能转化为地面、空气的________能，这些能量________(选填“能”或“不能”)自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化和转移具有________。
7．把“能量的转化”和“能量的转移”填在相应的横线上。
(1)电灯发光：_____________________________________________________；
(2)钻木取火：______________________________________________________；
(3)利用太阳能把水加热：____________________________________________；
(4)内燃机的压缩冲程：_____________________________________________。
8．下列有关“能源与可持续发展”的说法正确的是( )
A．由于煤、石油、天然气存在于地下，所以对它们的开采和使用不会污染环境
B．能量的转化与转移具有方向性，如消耗掉的内能不能收集起来再利用，因此要节约能源
C．因水能清洁、安全，因此修建水电站利用水能发电有百利而无一害
D．风能、水能、太阳能、核能都可以从自然界源源不断地得到，它们都是可再生能源
9．建设人与自然和谐共生的美丽家园，打响蓝天保卫战，能源问题已成焦点，全球能源将发生巨大变革。下列关于能源问题，说法正确的是( )
A．天然气燃烧产生的二氧化碳，不会加剧地球的温室效应
B．煤是不可再生的化石能源，它在能源领域的重要性有所降低
C．地下石油资源取之不尽用之不竭，可无限开采
D．核电站可完全替代火力发电站，因为核能是可再生能源
10．“60＋”生活方式指任何对自然环境友善，对节能减排有益，有助于推动环境和社会可持续发展的绿色生活行为方式，而且要让环保行为超过60分钟，让环保行为和环保思考渗透到平时的生活方式中。下列做法与此概念不符的是( )
A．骑“共享单车”出行
B．使用一次性餐具
C．人走灯灭、少开空调
D．对垃圾进行分类
素养提升
11．小强制作了一个实验装置，称之为“永动机”，如图所示，它由转轮(由五根轻杆组成)和转轴构成，在轻杆末端装有由形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮，弯曲的叶片进入热水后，因吸热而伸展，起到“划水”的作用，从而推动转轮转动；叶片离开热水后，因冷却迅速恢复成弯曲形状，转轮因此能较长时间转动。
(1)进入热水的叶片会伸展，它的弹性势能转化为________能。
(2)叶片在热水中吸收的热量一定________(选填“大于”“等于”或“小于”)叶片对水做的功。
(3)实验证明这个“永动机”并不能一直工作，“永动机”的设想违背了______________________________________________________________________。
12．如图所示，一杯水的内能突然集中在这杯水的上层，从而使上面的水剧烈沸腾，而下面的水却结了冰。你认为这种情况________(选填“可能”或“不可能”)发生，原因是______________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
13．阅读短文，回答问题。
戈壁滩上的“向日葵”
在甘肃省敦煌市西南方向约15千米的戈壁滩上有一处充满科幻感的设施(如图甲)，这是目前全球装机容量第二的熔盐塔式光热电站。光热电站的镜场面积为140多万平方米，1万多面巨大的定日镜在计算机的精确控制下，能如同向日葵一样随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到260米高的吸热塔的吸热器上。
在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光。而位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了。
在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是最关键的核心部位，吸热器内部有由多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，将能量存储在液态熔盐中，为汽轮发电机组提供所需的热源。
(1)太阳能光热电站利用平面镜________太阳光，聚集到吸热塔上进行加热。
(2)在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少，原因是_____________________________________________________。
(3)请结合图乙完成太阳能光热发电的能量转化流程图。
14．我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀 235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，若仅供电，每秒提供的电能为1.25×109 J；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为1.21×109 J、热量为2×108 J，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。(标准煤的热值取3.0×107 J/kg)
(1)核燃料反应堆中的铀 235是________(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)补充完整核能发电的能量转化过程。
核能→内能→________→电能
(3)若给居民供热5.4×1015 J，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？
(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为多少？
