能源與可持續發展（解析版）

第十二章電能能量守啖律

第4節能源不可持續發展

重點+難點核心素養思維導圖

1.掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基

本、最普遍的自然規律之一。

■■守體會““移或

2.了解能量轉化和轉移的方向性，認識到人類黑需爛上一囂勒回她應

”的分析科"黑科在廈產汕迎

珍惜和保護能源和資源的必要性。

3.了解我國的能源狀況，認識到能源與環境協

調發展的必要性。

知識點一能量守恒定律

能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只能從一種形式技化為其他形式，或者從一個物

體轉移到別的物體,在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變.

知識點二能量轉移或轉化的方向性

i.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是丕亙逆的.

2.能量的耗散：其他形式的能轉化為內能后不能再重復利用，這種現象叫作能量的耗散.

3.能量的耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方面性一

知識點三能量的分類與應用

1.能源的分類

(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產、生活中使用的主要能源，這類能源

又叫作化石能源.化石能源無法在短時間內再生，所以這類能源叫作不可再生能源.

(2)可再生能源：水能和風能等能源，歸根結底來源于太陽能.這些能源在自然界可以再生，

叫作可再生能源.

2.能源的開發與應用

近年來，我國在能源開發方面取得了很大的成就：如：太陽能發電、水力發電、風能發電、

核能發電.

知識點四能源與社會發展

1.隨著人口迅速增長、經濟快速發展以及工業化程度的提高，能源短缺和過度使用化石能

返帶來的環境惡化已經成為關系到人類社會能否持續發展的大問題.

2.可持續發展

(1)可持續發展的核心：追求發展與資遮、亂填的平衡：既滿足當代人的需求，又不損害子孫

后代的需求.

(2)需要做好兩方面：

①要大力提倡芭能：

②發展回豆生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產及消費過程中對生態環境的污染程度

低的清潔能源.

易錯易混點一能量守恒定律的理解和應用

易錯易混點1.1對能量守恒定律認識不清。

例1.(多選)在最近幾年的空調市場上出現了一個新寵一一變頻空調，據專家介紹變頻空調

比定頻空調要節能,因為定頻空調開機時就等同于汽車啟動時:很耗能,是正常運行的5~7倍。

定頻空調在工作時達到設定溫度就停機,等溫度高了再繼續啟動,這樣的頻繁啟動,耗電多。

變頻空調啟動時有一個由低到高的過程，而運行過程是通過自動變速來保持室內溫度，從開

機到關機中間不停機，所以比較省電。根據上述介紹，判斷以下說法中合理的是()

A.變頻空調節能,運行中不遵守能量守恒定律

B.變頻空調運行中做功少,轉化能鼠多

C.變頻空調在同樣工作條件下運行效率高,省電

I).變頻空調與定頻空調做同樣多的功時,消耗同樣多的電能

【答案】CD

【解析】自然界的一切過程都遵守能量守恒定律,A錯誤;功是能量轉化的量度，做同樣多的

功,消耗同樣多的電能,B錯誤、D正確；由變頻空調的工作特點可知其省電的原理是效率高,C

正確。

易錯易混點1.1剖析

1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學的基本規律，是各種自然現象中普遍適用的一條

規律。

2.對能量守恒定律的理解

某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。

某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。

易錯易混點1.2對流體類動能物理模型認識不清。

例2.某地強風的風速約為小空氣的密度為p,如果把通過橫截面積S的風的動

能完全轉化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為尸=()

11,

A.呼SoB.2pSv-

C.^pSv3D.fS/

【答案】C

【解析】風能轉變為電能，由能量守恒定律得斗7?。2=尸￡

其中m=pV=pvtS

聯立解得尸=寫^=沙S"

A、R、D錯誤，C正確。

易錯易混點1.2剖析

1.對流體類建立物理模型時,可以取長方體和圓柱體模型,取某一個截面為底面,面積為S,

取時間之內通過該截面的長度由，體積為WS。下一步確定該體積流體的質量：vtSp.

2.再結合動能和能的轉化效率，利用能量守恒定律求解。

易錯易混點二能量轉移或轉化的方向性

易錯易混點2.1對“能量的耗散和品質降低”的理解不清

例3.（多選）在能源消耗的過程中，我們無法把一些能源消耗產生的內能收集起來

重新利用，這種現象叫作能量的耗散。對于能量就散理解正確是（）

A.能量耗散說明能量在不斷的減少

B.能量耗散遵循能量守恒定律

C.能量耗散說明能量不能憑空產生，但能量卻可以憑空消失

D.能量耗散從能量的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性

【答案】BD

【解析】

能量耗散是能量變成了無法收集利用的內能，能量不會減少，A錯誤；能

量守恒定律適用于整個自然界，物質能量變化必須遵循能量守恒定律，B正確；

能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，C錯誤；能量耗散是一個宏觀過程，代

表著能量向不可收集利用的方向轉化，D正確。

易錯易混點2.1剖析

⑴各種形式的能最終都轉化為內能，流散到周圍的環境中，分散在環境中的內能不管數量

多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅動機器做功了.

⑵從可被利用的價值來看，內能較之機械能、電能等，是一種低品質的能量.由此可知，能

量的耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質的降低，實際上是將能量從高度

有用的形式降級為不太可用的形式.

⑶能量的耗散導致可利用能源減少，所以要節約能源.

易錯易混點三能源的分類與應用能源與社會發展

易錯易混點3.1生活生產實際中能量的轉化過程的計算

例4.某市有20萬臺空調機，每臺空調機在夏季平均使用6（）天，每天耗電8kWh為了節

約能源，該市政府建議大家都把室內設定溫度提高I℃，這樣每臺空調機每天可節省6%的

電能.那么這樣做能使該市在夏季節省多少電能？已知標準煤的熱值是2.92X107J/kg發電

廠的發電效率是30%.請計算一下，這項節能建議的實現能在1年內節約多少噸標準煤？（結

果均保留兩位有效數字）

【答案】

2.1X1013J2.4X103t

【解析】

設可節省的電能為E,則￡=8X6%X60X20X10lkW-h=5.76XI06kWhs?2.1X10,3J,

設1年內節約的標準煤的質量為加，由能量守恒定律有2.92X107j/kgxmX30%=E,

解得m^2.4X106kg=2.4X103t.

易錯易混點2.2剖析

1.一定要轉化為國際制單位進行計算。

2.理清題目的能量轉化的過程，以及轉化的效率。

針對訓練

1.（2022?全國?高二課時練習）關于能量和能源，下列說法中正確的是（）

A.化石能源是清潔能源；水能是可再生能源

B.能量耗散說明能量在轉化過程中沒有方向性

C.在能源的利用過程中，由于能顯在數量上并未減少，所以不需要節約能源

D.能量耗散現象說明：在能量轉化的過程中，雖然能的總量并不減小，但能量品質降低

T

【答案】D

【解析】A.化石能源不是清潔能源；水能是可再生能源，A錯誤；

B.在自發狀態下，能量傳遞具有方向性，B錯誤；

C.在能源的利用過程中，雖然能量在數量上并未減少，但是能源的品質在降低，所以還需

要節約能源，C錯誤；

D.能量耗散現象說明：在能量轉化的過程中，雖然能的總量并不減小，但能量品質降低

了，D正確。

故選D。

2.（2020?浙江省杭州第二中學高一開學考試）如圖所示，甲、乙兩金屬球完全相同，若將

兩球從相同的初溫加熱到相同的末溫，且不計懸線和支持面的吸熱，依據能量守恒的觀點

可判斷（）

A.中球吸熱較多B.乙球吸熱較多

C.兩球吸熱一樣多D.無法比較哪只球吸熱較多

【答案】B

【解析】溫度升高，球的體積變大，甲球膨脹后重心下降，重力對甲球做正功，重力勢能

減少，乙球膨脹后重心上升，重力對乙球做負功，重力勢能增加，根據能量守恒可知，乙

球吸收的熱量大于甲球吸收的熱量，B正確，ACD錯誤；

故選Bo

3.（2022?河北省唐縣第一中學高一期中）韓曉鵬是我國首位在冬奧會雪上項目奪冠的運動

員。他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區”保持同一姿態下滑了一段距離，重力

和阻力對他做功的情況如圖所示。韓曉鵬在此過程中（）

A.動能增加了1800JB.重力勢能減小了1600J

C.內能增加了2000JD.機械能減小了200J

【答案】D

【解析】A.根據動能定理可得動能增加了

△%=%+叱=1800J-200J=1600J

A錯誤；

B.重力勢能的變化用重力做功衡量，則有

△0=一%=-1800J

故重力勢能減小了1800J,B錯誤;

CD.除重力外，其他做功用來衡量機械能的變化，則有

AE機二嗎=-200J

可知機械能減小了200J,減少的機械能變成了內能,即內能增加了200J,C錯誤,D正

確；

故選D。

4.（2020?廣西?鐘山中學高二階段練習）卜面所列電池或電站，能把光能轉換成電能的是

（）

A.干電池B.太陽能電池C.核電站D.水電站

【答案】B

【解析】A.干電池將化學能轉化為電能，故A錯誤；

B.太陽能電池叫以直接將光能轉化為電能，故B止確；

C.核電站將核能轉化為電能，故C錯誤；

D.水電站將水的機械能轉化為電能，故D錯誤。

故選Bo

5.（2023?全國?高三專題練習）潮汐能是海水周期性漲落運動中所具有的能量，是一種可再

生能源。現建立一個簡化模型，某發電站大壩內儲水水庫的有效面積為5=4x106］小,漲

潮時，當大壩外側海平面高度為〃=4m時（以海水流入前的水庫水面為參考系），打開大壩

下面通道的閘門海水流入，此過程中通道處的水輪機利用水流的動能發電，直至大壩內外

水面等高，關閉閘門。等到完全退潮后，開閘放水，再次發電，直至大壩內外水面再次相

同，關閉閘門，等待下一次漲潮發電（此時的水庫水面高度即為漲潮前的水庫水面高度）。

由于海洋很大，大壩外的每平面高度在海水流入、流出水庫過程中兒乎不變，潮水一天漲

落兩次，海水的勢能有25%轉化為電能，則這個發電站一天的發電量約為（）

潮汐能發電

A.4.0x10,oJB.L5xlO,oJC.3.0X1CIHJD.1.5xl0“J

【答案】C

【解析】根據題意可得電能為

6311

￡；li=Epx25%=4xl()x4x4xl.0xl()xl()x2x25%J=3.2xl()J

故日發電量約為30xlO“J,ABD錯誤，C正確。

故選C。

6.(多選)(2022?全國?高二課時練習)在能源消耗的過程中，我們無法把?些能源消耗產

生的內能收集起來重新利用，這種現象叫作能量的耗散.對?于能量耗散理解正確是

()

A.能量耗散說明能量在不斷的減少

B.能量耗散遵循能量守恒定律

C.能量耗散說明能量不能憑空產牛.，但能量卻可以憑空消失

D.能量耗散從能量的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性

【答案】BD

【解析】A.能最耗散是能量變成了無法收集利用的內能，能量不會減少，A錯誤；

B.能量守恒定律適用于整個自然界，物質能量變化必須遵循能量守恒定律，B正確；

C.能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，C錯誤；

D.能量耗散是一個宏觀過程，代表著能量向不可收集利用的方向轉化，D正確。

故選BDo

7.(多選)(2023?全國?高三專題練習)秋千是人們都喜歡的健身娛樂活動。會蕩秋千的

人，不用別人幫助推，就能越蕩越高，而不會蕩秋千的人則始終蕩不起來。對能獨自把秋

干越蕩越高的現象，下列說法正確的是()

A.通過人做功，系統的機械能不斷增加

B.只存在動能和重力勢能的相互轉化

C.系統沒有外力做功，機械能守恒

D.從高處蕩下時身體應迅速下蹲，從最低點向上擺起時，身體應迅速直立起來

【答案】AD

【解析】AD.從高處蕩下時身體應迅速下蹲，此過程降低重心，將更多的重力勢能轉化為

動能，獲得更大的速度，從最低點向上擺起時，身體迅速宜立起來，此過程人克服重力做

功，升高重心，獲得更大的重力勢能，系統的機械能不斷增加，這樣秋千才能越蕩越高，

AD正確。

BC.從最低點向上擺起時，身體迅速直立起來，重心升高，此過程人克服重力做功，系統的

機械能不斷增加，人克服重力做功的過程中，將自身的化學能轉化為機械能，BC錯誤。

故選ADo

8.（多選）（2023?全國?高三專題練習）如圖所示，光滑斜面體ABC固定在水平面上，底角

6>=37°,頂角團8=90。，物塊。和長木板b分別放在斜面8c和A8上，細線繞過固定在斜面

頂點的輕質光滑定滑輪，兩端分別與物塊〃和長木板相連，將物塊。鎖定，滑輪兩側的

細線分別與兩側的斜面平行，長木板力的質量為機，物塊。質量為2/m解除物塊。的鎖

定，同時將質量為05〃的物塊。輕放在長木板的上端，物塊。始終保持靜止，重力加速度

為g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,則下列判斷正確的是（）

A.物塊c與長木板。間的動摩擦因數為0.6

B.物塊。運動的加速度為gm/s?

C.物塊。機械能的減小量大于長木板〃機械能的增加量

D.物塊〃機械能的減小量等于長木板b機械能的增加量

【答案】BC

【解析】A.假設a、b、c都靜止，根據平衡條件對。分析可得，繩子的拉力為

T=2mgcos0=1.6〃?g

對反。整體分析可得，繩子拉力為

T'=1.5〃?身sin6=0.9mg<T

由此可知物塊〃會沿斜面下滑，物塊〃沿斜面上滑。由于物塊。始終保持靜止，則對物塊c

受力分析，根據平衡條件有

0.5/〃gsin。=4?0.5〃2gcos0

可得，物塊c與長木板〃間的動摩擦因數為

//=0.75

故A錯誤;

B.對。受力分析，根據牛頓第二定律有

2mgcos0-F=2ma

對b受力分析，根據牛頓第二定律有

F-nigsin。一〃?0.5ingcos0-ma

聯立可得，物塊。運動的加速度為

7「

a=—m/s~

3

故B正確；

CD.由能量的守恒與轉化可知，物塊。減小的機械能轉化為木板力增加的機械能和木板

與物塊。摩擦產生的內能，所以物塊〃機械能的減小量大于長木板機械能的增加量，故

C正確，D錯誤。

故選BCo

9.（多選）（2022?全國?高二專題練習）卜列過程中，川能實現的是（）

A.水的溫度自動下降時釋放的內能全部轉化為機械能

B.在粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉化為內能，使物體溫度升高

C.利用不同深度的海水溫度不同來制造一種機器，把海水的內能轉化為機械能

D.靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時釋放的內能可以轉化為物體的動能，使物體

運動起來

【答案】BC

【解析】A.機械能可以全部轉化為內能，而內能不可能全部轉化為機械能，則知水溫度

自動卜降時釋放的內能不可能全部轉化為機械能，故A錯誤；

B.在粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉化為內能，使物體溫度升高，故B正確；

C.利用淺層海水和深層海水間的溫度差制造出一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械

能，符合熱力學第二定律，所以能夠實現，故C正確；

D.一切與熱現象有關的物理過程是有方向性的，可知靜止在光滑水平面上的物體，溫度

降低時釋放的內能不能轉化為物體的動能，使物體運動起來，故D錯誤。

故選BCo

10.（多選）（2022?山西太原?高二期末）關于能量的轉化與守恒，下列說法中正確的是

（）

A.摩擦生熱的過程是不可逆的

B.所有能量守恒的過程都是可逆的

C.空調既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性

D.可再生能源和不可再生能源一樣，在利用的過程中同樣存在能量耗散

【答案】AD

【解析】A.摩擦過程會自發地產生熱量，但熱量不能自發地產生摩擦，所以摩擦生熱的

過程是不可逆的，故A正確；

B.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的，故B錯誤；

C.熱傳遞存在方向性的含義是指熱量可以自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能自發

地從低溫物體傳遞到高溫物體，但若有其他影響也可以冷熱量從低溫物體傳遞到總溫物

體，空調機制冷時必須通過壓縮機做功才能實現熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此熱

傳遞仍然存在方向性，故C錯誤；

D.可再牛能源和不可再生能源一樣，在利用的過程中同樣存在能最耗散，故D正確。

故選AD。

11.(2022?全國?高三課時練習)一般小汽車的汽油消耗量約為IOL/l(X)km,1L汽油完全燃

燒能釋放3.3xl()7j化學能，那么小汽車行駛100km消耗能量約為3.3x10”,這相當于消耗

多少千瓦時的電能？目前我國小汽車的擁有量迅速上升，這對能源、交通、環境等將產生

怎樣的影響？

【答案】91.67kW.h：增加石油能源的消耗，提升交通壓力，大氣污染加劇

【解析】相等于消耗的電能為

3.3x1()8+(3.6x")kW.h=91.67kW?h

小汽車的擁有曷迅速上升，對石油能源的消耗急劇上升，同時也會增加交通壓力，汽油的

大量消耗也會產生大量的污染，使大氣污染加劇。

12.(2022?全國?高二課時練習)如圖所示是我國古代的一種農業機械，它叫做水碾，是利

用水的動能來做功的裝置，當水沖擊下部水輪時，轉動口勺輪子會帶動上部的碾來碾米。假

若每秒沖擊葉片的水量為10kg,水速從5m/s減小為InVs,則水碾每秒從水流中獲得能量

為多少？這些能量是否都被用來碾米？

【答案】120J；不能

【解析】水碾每秒從水流中獲得能量等于水流動能的變化量的大小，即

222

E=|A￡l|=||wv-1wv2|=||xlOxl-ixlOx5|J=12OJ

這些能量會有一部分損耗，不能都被用米碾米。

13.（2022?全國?高二課時練習）科學家們通過大量的實踐研究，估算出了整個地球表面接

受的太陽輻射能主要去向的數據，如表所示。

向太空熱輻

去向直接反射水循環大氣流動光合作用

射

輻射功

,3

5.0x1013kj/s8.0x1013kj/s4.0xl0kJ/s4.0xl0"kJ/s5.0xl0'°kJ/s

率