第4节 能源与可持续发展
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解机械能守恒定律的内容、条件、公式，会应用机械能守恒定律解决实际问题．(重点、难点)
2．知道能量守恒定律，能应用能量守恒定律分析能的转化现象．(重点)
3．了解能量转化和转移的方向性，了解能源开发和可持续发展的意义．
4．知道热力学第二定律，了解热机效率问题.
机 械 能 守 恒 定 律
1．机械能
物体的动能和势能之和叫机械能．
2．机械能守恒定律
(1)内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能与势能可以发生相互转化，但机械能的总量保持不变．
(2)适用条件：只有重力做功．
(3)表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或mv＋mgh2＝mv＋mgh1.
1．合力为零，物体的机械能一定守恒．(×)
2．合力做功为零，物体的机械能一定守恒．(×)
3．只有重力做功，物体的机械能一定守恒．(√)
如图2-3-1所示，大型的过山车在轨道上翻转而过．过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略轨道和空气阻力，机械能是否守恒？
图2-3-1
【提示】 动能减少，重力势能增加，忽略轨道和空气阻力，过山车机械能守恒．
探讨1：请同学想一想，小桶如图2-3-2由静止释放，返回来会不会碰到额头？
图2-3-2
【提示】 不会．因机械能守恒，摆回时的高度不会超过原来的高度．
探讨2：质量为m的小球，以速度v斜向上抛离高为H的桌面．如图2-3-3，经过A点时所具有的机械能是多少？(以桌面为零势能面，不计空气阻力)
图2-3-3
【提示】 以桌面为零势能面，小球在抛出点的机械能为mv2，由于机械能守恒，故在A点的机械能为mv2.
1．机械能守恒的判断
(1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒．
(2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式能的转化，则系统机械能守恒．
2．表达式及特点
表达式
特点
Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末
(从不同状态看)即初状态的机械能等于末状态的机械能
Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp
(从转化角度看)即过程中动能的增加量等于势能的减少量
EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB
(从转移角度看)即系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能
3．应用机械能守恒定律解题的一般步骤
(1)正确选取研究对象(物体或系统)，确定研究过程；
(2)进行受力分析，考查守恒条件；
(3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能；
(4)运用守恒定律，列出方程求解．
1．在物体自由下落的过程中，下列说法正确的是( )
A．动能增大，势能减小，机械能增大
B．动能减小，势能增大，机械能不变
C．动能增大，势能减小，机械能不变
D．动能不变，势能减小，机械能减小
【解析】 在自由下落过程中，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能不断减小，动能不断增大，选项C正确．
【答案】 C
2．一个质量为m的滑块，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，当滑块从斜面底端滑到高为h的地方时，以斜面底端为参考平面，滑块的机械能是( )
A.mv B．mgh
C.mv＋mgh D.mv－mgh
【解析】 在整个过程中，只有重力做功，机械能守恒，总量都是mv，因在高度h处，速度可能不为零，所以B项错误；C、D也错误．
【答案】 A
3.如图2-3-4所示，质量m＝70 kg的运动员以10 m/s的速度，从高h＝10 m的滑雪场上A点沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不计，以B点所在的水平面为参考平面，g取10 m/s2，求：
图2-3-4
(1)运动员在A点时的机械能；
(2)运动员到达最低点B时的速度大小；
(3)若运动员继续沿斜坡向上运动，他能到达的最大高度．
【解析】 (1)EA＝mv＋mgh＝10 500 J.
(2)由机械能守恒得
mv＝mv＋mgh
所以vB＝10 m/s.
(3)由机械能守恒得
mgH＝mv＋mgh
得H＝15 m.
【答案】 (1)10 500 J (2)10 m/s (3)15 m
1．无论直线运动还是曲线运动，机械能守恒定律都可应用，且仅需考虑始、末状态，而不必考虑所经历的过程．
2．应用机械能守恒定律解题，一定要注意考查守恒条件．
能 量 守 恒 定 律
1．能量的转化
自然界存在着各种不同形式的能量——机械能(动能和势能)、内能、电能、化学能、核能等，各种不同形式的能量可以相互转化．
2．能量守恒定律
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失．它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变，这就是能量守恒定律．它是自然界最普遍、最基本的规律之一．
1．自然界中的任何变化过程都满足能量守恒．(√)
2．永动机不可能制成．(√)
3．能量守恒过程外力做功必为零．(×)
如图2-3-5所示，一个叫丹尼斯·李的美国人在《美国今日》、《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机．你认为这种发电机能造出来吗？
图2-3-5
【提示】 这种发电机违反了能量守恒定律，故不能制造出来．
如图2-3-6所示，发生雪崩时，山顶的积雪以排山倒海之势滚落下来．
图2-3-6
探讨1：雪崩的过程是否符合能量守恒定律？
【提示】 符合能量守恒定律．
探讨2：重力做功引起什么能的改变？合外力做功引起什么能的改变？除重力之外的其它力做功引起什么能的改变？
【提示】 重力做功引起重力势能的改变，合外力做功引起动能的改变，除重力之外的其它力做功引起机械能的改变．
1．做功和能的转化之间的关系
功能关系
内容
不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是各种形式的能量之间相互转化(或转移)的过程，做了多少功，就会有多少能量发生转化(或转移)
实例
重力做功
重力做的功等于重力势能变化量的相反数(WG＝－ΔEp)
弹力做功
弹力做的功等于弹性势能变化量的相反数(WF＝－ΔEp)
合力做功
合力做的功等于物体动能的变化量(W总＝ΔEk)
除重力、系统内弹力以外的其他力做功
其他力做的功等于物体机械能的变化量(W其他＝ΔE机)
2.利用能量守恒定律解题的基本思路
(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化．
(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)列等式ΔE减＝ΔE增求解．
4．如图2-3-7所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )
图2-3-7
A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小
B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变
C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加
D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变
【解析】 由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确．
【答案】 B
5．(多选)升降机底板上放一质量为100 kg的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m时速度达到4 m/s，则此过程中(g取10 m/s2)( )
A．升降机对物体做功5 800 J
B．合外力对物体做功5 800 J
C．物体的重力势能增加5 000 J
D．物体的机械能增加800 J
【解析】 根据动能定理得：W升－mgh＝mv2，可解得W升＝5 800 J，A正确；合外力做功为mv2＝×100×42 J＝800 J，B错误；物体重力势能增加mgh＝100×10×5 J＝5 000 J，C正确；物体机械能增加E＝Fh＝W升＝5 800 J，D错误．
【答案】 AC
6．如图2-3-8所示，皮带的速度是3 m/s，两圆心距离s＝4.5 m，现将m＝1 kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，皮带不打滑，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10 m/s2)
图2-3-8
(1)小物体获得的动能Ek；
(2)这一过程摩擦产生的热量Q；
(3)这一过程电动机消耗的电能E.
【解析】 (1)由μmg＝ma可求得a＝1.5 m/s2，因为μmgs＝mv2所以物体加速阶段运动的位移s＝3 m＜4.5 m，即物体可与皮带达到共同速度，Ek＝mv2＝×1×32 J＝4.5 J.
(2)由v＝at可求得t＝2 s
Q＝μmg(vt－s)＝0.15×1×10×(6－3) J＝4.5 J
(3)E电＝Ek＋Q＝4.5 J＋4.5 J＝9 J.
【答案】 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J
能量守恒定律的理解
1．某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，而且减少量和增加量相等．
2．某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，而且减少量和增加量相等．
能 源 与 可 持 续 发 展
1．机械能与内能间转化的方向性
机械能可以完全转化为内能，反过来，内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能．
2．热传递过程的方向性
在热传递的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地从低温物体向高温物体转移．
3．珍惜利用常规能源
能量的利用过程是不可逆的，自然界中的常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的储量是有限的，并且是不可再生的，因此我们要珍惜现有的能源，尽量提高能源的利用效率．
4．开发绿色新能源
(1)常规能源的大量使用带来的环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘．
(2)为维持人类社会的可持续发展，应该注意研究和开发新的能源，优先开发的绿色新能源包括：核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能等．
1．能量守恒是自然界中普遍适用的规律，不需节约能源．(×)
2．将煤做燃料供暖改进为用天然气做燃料供暖彻底实现了环境保护．(×)
3．常规能源会带来大量的环境问题，开发新能源是可持续发展的需要．(√)
1．“煤既是常规能源又是不可再生能源”，这种认识正确吗？
【提示】 正确．根据能源的分类角度不同，可将煤分成常规能源和不可再生能源等．
2．可持续发展的意义是什么？
【提示】 可持续发展是指不仅满足当代人的发展需要，还应考虑不损害后代人的发展需要．
探讨1：如图2-3-9所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动．机械能消失了吗？若没有消失，转化成了什么？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？
图2-3-9
【提示】 机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动．
探讨2：如图2-3-10所示，是我国能源结构的统计图，根据此图的数据，总结出我国能源结构或现状有什么规律？
图2-3-10
【提示】 我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小．
1．关于方向性的理解：
(1)机械能与内能转化的方向性．
①机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能．
②机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却需要复杂的技术手段，比如利用热机等进行转化．
(2)热传递的方向性：在热传递过程中，内能可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移，内能的转移也具有方向性．例如，内能要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功的方式来进行，如冰箱、空调制冷等．散失到周围环境中的内能不能回收再重新利用．
2．关于“自发”的理解
“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助．热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向．机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化．
7．关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但能量品质降低了
C．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】 自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量转化具有方向性，不能被创造．
【答案】 B
8．十八大报告提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是( )
A．夏天天气炎热，空调的温度调得越低越好
B．把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器
C．出行时，如果条件允许的话，尽可能选择公共交通工具
D．日常生活中，做到随手关灯，关掉较长时间不使用的电脑和电视
【解析】 夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源浪费，选项A不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利于节约能源，选项B、C、D都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．
【答案】 A
第4节 能源与可持续发展
学习目标
核心提炼
1.了解能量转化和转移的方向性。
2.知道热机的作用和效率。
3.了解能源的种类、开发及可持续发展。
4.知道节约能源和环境保护
3个概念——热机、热机的效率、能源
1个规律——能量转化和转移的方向性
一、能量转化和转移的方向性
阅读教材第39页“能量转化和转移的方向性”部分，了解能量转化的方向性，知道热机的效率不可能达到100%。
1.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方向性的不可逆的过程。
(1)机械能与内能间转化的方向性：机械能可以完全转化为内能，反过来，内能不可能自发地并不引起任何变化地完全变为机械能。
(2)热传递过程中的方向性：在热传递的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不能自动地从低温物体向高温物体转移。
2.热机
(1)热机的作用是将内能转换为机械能。有了热机，人们才得以利用自然界蕴藏的丰富的内能来做功。
(2)热机的效率不可能达到100%。但经过历代科学家的努力，已经提高了许多。截止目前热机的效率仍然大有潜力可挖。
(3)自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程。机械能可以完全转化为内能；反过来，内能不可能自动地并不引起任何变化地完全转化为机械能。
思维拓展
(1)热量能否从低温物体向高温物体传递？
(2)内能能否全部转化为机械能？
答案 (1)热量可以从低温物体向高温物体传递，只不过不能自发进行。
(2)内能可以全部转化为机械能，只不过肯定要引起其他变化。
二、能源开发与可持续发展
阅读教材第41页“能源开发与可持续发展”部分，了解能源的种类及可持续发展。
1.在许多情况下，能源的利用过程是不可逆的。要珍惜现有的能源，提高能源的利用效率。
2.能源的种类：煤、电、石油、天然气、水能、核能、风能等都是常用的能源。
3.随着人们对社会发展、全球环境等问题认识的加深，可持续的能源生产和消费，已成为人类社会可持续发展的重要前提之一。
4.人类社会可持续发展的意义：发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑不损害后代的需要。保护人类赖以生存的自然环境和自然资源，已成为当今世界共同关心的全球性问题。
思维拓展
如图1所示是我国能源结构的统计图。请总结出我国能源结构或能源现状的规律，并提出解决这种现状的合理化建议。
图1
答案 我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中，不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小。建议：节能降耗；开发新能源；开发可再生能源(如太阳能、风能等)。
对能量转化和转移方向性的理解
[要点归纳]
1.能量转化和转移
2.热现象：凡是与温度有关的现象都被称为热现象。实际上，凡是与热现象有关的物理过程都具有方向性，是不可逆的。
3.对于“自发”的理解
(1)“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助。热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向。
(2)机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化。
[精典示例]
[例1] 下列过程中，可能发生的是( )
A.某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他变化
B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发逸进去，恢复原状
C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高
D.将两瓶不同液体互溶，然后又自发地各自分开
解析 某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他变化，这是不可能的，则A错误；能量传递具有方向性，则B、D错误；可以利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高，如空调，则C正确。
答案 C
利用能量转化与转移解题的思路方法
(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。
(2)自发进行的能量转移和转化都具有方向性。
(3)热机的效率总小于100%。
(4)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变，即遵循能量守恒定律。
能源开发与可持续发展
[要点归纳]
1.人类与能源的关系
(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。
(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。
(3)可持续发展的三个发展方向
①对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。
②开发新型清洁的能源和可再生能源。
③积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。
2.环境问题
(1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。
(2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。
(3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。
(4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。
3.能源的开发与利用
(1)能源的分类
①从人类使用能源的先后将能源分为常规能源和新能源。
常规能源：煤、石油、天然气等。
新能源：太阳能、沼气、地热能、核能等。
②从能源的来源可分为不可再生能源和可再生能源。
不可再生能源：用完后在短期内不可能从自然界得到补充的能源，如煤、石油、天然气等。
可再生能源：取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水能等。
③从对环境的污染情况可分为清洁能源和非清洁能源。
清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水能等。
非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等。
(2)常规能源与新能源的转化途径
[精典示例]
[例2] (多选)能源短缺和环境恶化指的是( )
A.煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺
B.煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储量将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺
C.煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中，这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化
D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的成分，使环境恶化
解析 能源短缺是指能源的有限性，指煤炭和石油的储量是有限的，若储量无限，技术落后现阶段开采不出来，将来总可以开采出来。因此，能源短缺的本意是B而不是A；环境恶化的本意是指空气环境成分的变化，煤炭和石油在燃烧时与空气中氧气发生反应，改变了大气成分，因此，对环境恶化的说法D正确而C错误。
答案 BD
1.(能量的转化和转移的方向性)(多选)下列说法中正确的是( )
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 ACD
2.(能量的转化和转移的方向性)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
3.(能源的开发与可持续发展)(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
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 ACD
4.(能源的开发与可持续发展)“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效地利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是( )
A.能量被使用后就消失了，所以要节约能源
B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C.人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
D.人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析 能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了，虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故C正确；人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，故D错误。
答案 C
基础过关
1.(多选)根据能量转化和转移的方向性，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.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析 根据能量转化和转移的方向性可知，凡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(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部转化为电能；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能；在热传导中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确。
答案 BCD
2.(多选)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
3.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
4.下列哪些物理过程是可逆的( )
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 C
5.(多选)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
6.对下列装置和过程描述正确的是( )
A.电动机是把电能全部转化为机械能的装置
B.热机是将内能全部转化为机械能的装置
C.若将所有海水的温度都降低1°C，就能获得巨大的能量，我们可以通过这种途径来获得能量
D.虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以利用
答案 D
7.下列说法中正确的是( )
A.从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B.热机的效率从原理上讲可达100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D.以上说法均不正确
解析 自发热传递的条件是存在温度差，而不是内能的多少，故A错误；任何热机都不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，所以任何热机的效率都不可能达到100%，故B错误；由于能源的利用是不可逆的，煤炭、石油等都是不可再生的能源，故C错误。
答案 D
8.斜面高度是0.6 m，倾角是30°，质量是1 kg的物块由顶端滑到底端。已知物块与斜面间的动摩擦因数是0.5，取g＝10 m/s2，在这个过程中产生的热量约为( )
A.6 J B.5.2 J
C.0.9 J D.11.1 J
解析 物块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
9.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，所以白天在树木周围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
能力提升
10.(2018·曲靖高一检测)电动车所需能量由它所携带的蓄电池供给。如图1所示为某类电动车与汽油车性能的比较。通常车用电动机的质量是汽油机的4倍或5倍。为促进电动车的推广使用，在技术上主要对电动车的________、________等部件加以改进。给电动车蓄电池充电的能量实际上来自于发电站，一般发电站燃烧燃料所释放出来的能量仅30%转化为电能，在向用户输送及充电过程中又损失了20%，这意味着使用电动车时能量转化的总效率约为________%。
图1
解析 从题图中可以看出电动车每千克蓄能物质所储存的能量和充一次电能行驶的距离均远小于汽油车，因此应对蓄电池加以改进，另外电动车的效率也不是很高，所以也应对电动机进行改进。设发电站消耗的能量为E0，电动车输出的机械能为E，由题意可知使用电动车时能量转化的总效率
η＝×100%＝×100%＝16.8%。
答案 蓄电池 电动机 16.8
11.如图2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。一昼夜中两次涨潮、两次落潮，四次发电，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
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
12.(2018·泸州高一检测)水库上建筑一条拦河坝，利用水库水位与拦河坝下游水位之间的落差，使水轮机转动，可以带动发电机发电。若水的重力势能有60%转化为电能，已知每分钟5 000 t的水流量可以得到发电机的发电功率为4.9×
107 W，取g＝9.8 m/s2，水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)水的落差是多少？
(2)如果水库的水不通过水轮机，而是自由下落到拦河坝下游的水面上，且水的重力势能全部转化为水的内能，则水温升高多少？
解析 (1)由P＝＝，得h＝＝ m＝100 m。
(2)若重力势能全部转化为内能，则mgh＝cmΔt，Δt＝＝ ℃≈0.23 ℃。
答案 (1)100 m (2)0.23 ℃
