高中物理 新教材人教版必修第三册 学案第12章 4.能源与可持续发展 Word版含解析

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量的增多。 (√)
(2)煤炭、石油和天然气都属于化石能源。 (√)
(3)在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。 (×)
(4)冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。 (×)
2．下列供热方式最有利于环境保护的是(　　)
A．用煤做燃料供热
B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热
D．用太阳能灶供热
D　[煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧得不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故D正确。]
3．关于能量和能源，下列说法正确的是 (　　)
A．化石能源是清洁能源，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．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了
D　[化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A错误；能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C错误，D正确。]
能量守恒定律的理解和应用
(教材用书独具)教材P43“思考与讨论”答案提示：不可能。
(1)如图是小型汽油机模型，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？
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。
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，车轮温度升高，机械能转化为内能。
2．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
3．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情况、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。
【例1】　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，先拿去盖板，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，则该过程中产生的内能为 (　　)
A．mgh　　 B．mgh
C．mgh D．mgh
A　[去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，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，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确。]
利用能量转化与转移解题的两点注意
(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)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。
1．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。下列说法正确的是(　　)
A．因为能量守恒，所以不需要节约能源
B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
C．不同形式的能量之间可以相互转化
D．能量可以被消灭，也可以被创生
C　[自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，又不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，C正确。]
能源和可持续发展
1.如何正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、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大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2．能源的分类
能源分类方法 能源分类名称 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
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 境污染
情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 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)
【例2】　(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(　　)
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，在一定条件下可以全额发生
D．能量耗散导致能量品质的降低
BCD　[能量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，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能无法再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。]
能量耗散不仅遵循能量守恒定律，而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。
2．(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
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，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错。]
1．下列说法正确的是(　　)
A．能就是功，功就是能
B．外力对物体做功越多，这个物体的能量就越大
C．外力对物体不做功，这个物体就没有能量
D．能量转化的多少可以用做功的多少来量度
D　[功和能是两个不同的概念，外力对物体做功的多少只是说明了能量转化的多少，而不能说明物体能量的多少，外力对物体不做功不能说明物体没有能量，A、B、C错误；功是能量转化的量度，D正确。]
2．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　)
A．石油、天然气都属于新能源
B．能量耗散不遵循能量守恒定律
C．能量耗散会导致能量品质的降低
D．为了可持续发展，必须节约能源
CD　[石油、天然气属于常规能源，A错误；能量耗散同样遵循能量守恒定律，但能量耗散导致能量品质降低，B错误，C正确；因可用能源正在减少，故为了可持续发展，必须节约能源，D正确。]
3．(多选)关于能量耗散，下列说法正确的是(　　)
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性
C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了
D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性
CD　[能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故C、D正确。]
4．水平地面上平放着一根长为L、质量为M的匀质棒，把它的一端匀速抬高H(H?L)，假设用手直接作用于棒端抬高时手做功W1，用一根弹簧钩住棒端抬至同样高度时手做功W2，则 (　　)
A．W1＝W2
B．W1＞W2
C．W1＜W2
D．不确定W1与W2之间的关系
C　[手直接作用于棒的一端时手做功W1＝ΔEpG，用弹簧钩住升高相同高度时手做功W2＝ΔEpG＋ΔEp弹，显然W1＜W2，C正确。]
5．情境：氢气是一种清洁能源，它燃烧后只生成水，对环境无污染，某同学设想了一个利用氢能的方案，如图是它的示意图，请你判断这一方案的可行性，并说明理由。
判断：________(选填“可行”或“不可行”)
理由：________________________________________________________
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[答案]　不可行　违反了能量守恒定律