12.4 教学设计：《能源与可持续发展》

12.4教学设计：《能源与可持续发展》题型1能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体；在转化或转移过程中，能量的总量始终保持不变。能量守恒定律是贯穿物理学的核心基本规律，在各类自然现象中具有普遍适用性。能量守恒定律的表达式E_{\text{初}}=E_{\text{末}}：初状态各类能量的总和等于末状态各类能量的总和。\DeltaE_{\text{增}}=\DeltaE_{\text{减}}：部分能量的增加量等于其他能量的减少量。例题精讲某新能源汽车，充满电后电池可输出50\\text{kW·h}电能，常温下不开空调行驶时，百公里电耗10\\text{kW·h}，续航里程（充满电后能持续运行的最大距离）为500\\text{km}。进入冬季后，受低温影响，实际可用电能减少20%，因行驶阻力增加和开启暖风等，百公里电耗变为16\\text{kW·h}。下列说法正确的是（）A.冬季不开暖风，电池充满电续航里程为500\\text{km}B.冬季不开暖风，电池充满电续航里程为400\\text{km}C.冬季开启暖风，电池充满电续航里程为300\\text{km}D.冬季开启暖风，电池充满电续航里程为250\\text{km}下列哪个定律是能量守恒定律的具体体现（）A.库仑定律B.电阻定律C.欧姆定律D.楞次定律有一种太阳帽，其前部装有小风扇，由小型太阳能电池板供电。经测量该电池能产生的电动势E=0.6\\text{V}，关于该电池的描述正确的是（）A.把该电池接入闭合电路后，电动势减小B.单位时间内可把0.6\\text{J}的太阳能转化为电能C.该电池每通过1\\text{C}电荷量能把0.6\\text{J}的太阳能转化为电能D.该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大新能源有着广阔的发展前景，如图所示为风力发电装置，利用该装置发电时，能将空气动能的50%转化为电能。已知扇叶转动平面的截面积为S，风速为v，空气的密度为ρ，当风垂直吹向扇叶时，下列说法正确的是（）![示意图]A.单位时间吹到扇叶的空气的质量为ρSB.单位时间吹到扇叶的空气的动能为ρSC.发电功率为1D.发电功率为1如图所示为超大型熔盐塔式光热发电站，有超过1.2万面、总面积达140多万平方米的定日镜围绕在吸热塔周围，将太阳能集中到中心的熔盐塔加热熔盐；晚上无阳光照射时，熔盐继续放热保证24h不间断发电。日照时定日镜所接受的太阳能功率平均每平方米约为1.4\\text{kW}，该电站全年日照时数约3000\\text{h}，年发电量高达3.9\times10^8\\text{kW·h}。下列说法正确的是（）![示意图]A.该发电站发电功率可以达到千兆瓦级别B.该发电站光能转化为电能的效率约为7%C.熔盐的储能大小仅由熔盐升高的温度和比热容两个因素决定D.若新能源汽车1\\text{kW·h}电能可行驶7\\text{km}，则该电站年发电能使新能源汽车行驶2.73\times10^9\\text{km}题型2能量转移或转化的方向性一切与热现象相关的宏观自然过程均具有不可逆性，即此类宏观过程的进行具有明确方向性。能量的转移具有方向性：例如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。能量的转化具有方向性：例如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后变成周围环境的内能，这些内能难以收集并重新利用。能量耗散：在能量转化过程中，散失到环境中的内能难以收集并重新利用，这一现象称为能量耗散。能量耗散从能量转化的角度反映了自然界中宏观过程的方向性。能量耗散表明，在能源利用过程中，能量在数量上并未减少，但可利用的品质有所降低，从便于利用的能源转变为不便于利用的能源。这是能源危机的深层次含义，也是自然界能量虽守恒但仍需节约能源的根本原因。例题精讲关于能源、能量，下列说法正确的是（）A.能量是守恒的，所以不会发生能源危机B.能量利用过程中存在能量耗散，说明能量在不断减少C.能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源D.能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是（）![示意图（太阳能电池板、小电动机）]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→电能关于能量和能源，下列说法正确的是（）A.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造B.在能源的利用过程中，能量在数量上有所减少C.能量耗散反映了自然界中的宏观过程具有方向性D.核聚变比核裂变的产能效率高，目前核电站中大多采用核聚变来发电关于能量的转化，下列说法中正确的是（）A.摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的B.空调既能制热又能制冷说明热传递不存在方向性C.永动机不存在的原因是能量在某些特殊情况下是不守恒的D.由于能量的转化过程符合守恒定律，所以不会发生能源危机在某卫星的两侧装有太阳能电池板，为卫星的正常工作提供能量。下列说法正确的是（）A.太阳能可以转化为电能B.太阳能不可以转化为电能C.太阳能的利用，说明能量可以消灭D.太阳能的利用，说明能量可以创生题型3能源的分类与应用能源与社会发展能源的分类不可再生能源：以煤炭、石油、天然气为代表的化石能源，其形成周期漫长，无法在短期内实现再生。可再生能源：以水能、风能为代表的能源，可在自然界中持续再生。能源的开发与应用：近年来，新能源开发取得显著进展，包括太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电等多种形式。能源与社会发展能源利用的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。能源是人类社会活动的物质基础，其开发利用水平直接影响社会发展进程。煤炭和石油的燃烧对环境的危害燃烧时会增加大气中二氧化碳的含量，加剧温室效应。煤炭和石油中常含有硫元素，燃烧时会生成二氧化硫等物质，导致雨水酸度升高，形成“酸雨”。内燃机工作时的高温环境会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经紫外线照射，会产生二次污染物质——光化学烟雾。能源的开发与环境的关系人类的生存与发展离不开能源，而能源的开发与使用会对环境产生影响，二者需协调发展。一方面应大力倡导节能理念，提高能源利用效率；另一方面需积极发展可再生能源，以及天然气、清洁煤、核能等在生产和消费过程中对生态环境污染程度较低的清洁能源。例题精讲第三代核电站示范工程已全面建成；大型核实验装置实现1亿摄氏度1066秒稳态运行，标志核能源研究取得重大跨越。关于核能的利用，下列说法正确的是（）A.核能是可再生能源B.该第三代核电站是利用核聚变产生能量C.核燃料中的铀原子核由大量质子和电子组成D.大型核实验装置是通过核聚变释放巨大的能量如图所示是“风光互补LED太阳能路灯”，该路灯同时利用光能和风能实现照明，其上端为风力发电装置，中间为太阳能电池板，下部为照明灯，最下端为蓄电池。下列说法正确的是（）![示意图]A.夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能B.风力发电，将机械能转化为电能C.太阳能电池板将太阳能转化为光能D.太阳能、风能属于不可再生能源能源（EnergySource）亦称能量资源或能源资源，是发展国民经济的重要物质基础，其开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。下列能源为可再生能源的是（）A.石油B.天然气C.风能D.煤炭当飞船在天空飞行时，太阳能电池板展开，飞船两翼的太阳能电池板是太阳能电池在太空领域的应用。对其分析正确的是（）![示意图]A.电池板充电是将太阳能转化为化学能B.太阳能电池板的能量转化率为100%C.太阳能电池板利用的太阳能是可再生能源，但只能在太空中使用D.某太阳能电池板不接负载时的电压是0.8\\text{V}，其短路电流是0.04\\text{A}，则内阻为20Ω如图所示，风光互补环保路灯的主要构件有：风力发电机、单晶硅太阳能板、额定电压48\\text{V}、容量200\\text{A·h}的储能电池，功率60\\text{W}的LED灯。已知该路灯平均每天照明10\\text{h}；1\\text{kg}标准煤完全燃烧可发电2.8度，排放二氧化碳2.6\\text{kg}。则（）![示意图]A.风力发电机的输出功率与风速的平方成正比B.太阳能板上接收到的辐射能全部转换成电能C.该路灯正常运行6年，可减少二氧化碳排放量约1.2\times10^6\\text{kg}D.储能电池充满电后，即使连续一周无风且阴雨，路灯也能正常工作课时精练一、选择题（共8小题）下表是某共享电动汽车的主要参数，根据信息，下列说法正确的是（）空车质量800\\text{kg}电池能量50\\text{kW·h}标准承载200\\text{kg}最大续航（充满电最大行驶路程）200\\text{km}所受阻力与汽车总重比值（忽略空气阻力）0.09A.工作时，电动汽车的电动机是将机械能转化成电池的化学能B.电池充满电时的电荷量为1.8\times10^8\\text{C}C.标准承载下，电动汽车以72\\text{km/h}的速度匀速行驶10\\text{min}所用电能为2.4\\text{kW·h}D.若标准承载下汽车以120\\text{km/h}速度匀速行驶，汽车电动机输出功率不小于30\\text{kW}如图所示，风光互补环保路灯的主要构件有：风力发电机、单晶硅太阳能板、额定电压48\\text{V}、容量200\\text{A·h}的储能电池，功率60\\text{W}的LED灯。已知该路灯平均每天照明10\\text{h}；1\\text{kg}标准煤完全燃烧可发电2.8度，排放二氧化碳2.6\\text{kg}。则（）![示意图（风力发电机、太阳能板、LED灯）]A.风力发电机的输出功率与风速的平方成正比B.太阳能板上接收到的辐射能全部转换成电能C.该路灯正常运行6年，可减少二氧化碳排放量约1.2\times10^6\\text{kg}D.储能电池充满电后，即使连续一周无风且阴雨，路灯也能正常工作如图所示为一风力发电机，其叶片的半径为l，若风速恰好与叶片转动所在圆面垂直。已知空气密度为ρ，风速为v，该风速下发电机的输出功率为P，则风力发电机将风能转化为电能的效率为（）![示意图]A.2Pπρl2v3B.6Pπρl2v3屏幕上有一面积较小的圆形光能接收器，离光能接收器正上方距离为d处有功率恒定的点光源S，光能接收器接收到的光能功率为P。现在离接收器上方垂直距离为2d处增加一个与屏幕平行的足够大平面镜，不考虑光经平面镜反射及传输时的能量损失。放上平面镜后，接收器接收到的光能功率为（）![示意图（S、d、屏幕、接收器）]A.32PB.43PC.54如图所示为某潮汐发电站的简化原理图，水坝下有通道，水流经通道即可带动水轮发电机工作。某次落潮后开闸放水，经时间t水坝内外水面高度相同，此时关闭闸门。已知海湾的面积为S，开闸放水时海湾内外水面高度差为h，水的密度为ρ，重力加速度为g。若通过水轮发电机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有50%转化为电能。在该次落潮开闸放水过程中，水轮发电机的发电功率为（）![示意图（水坝、海湾、陆地、大海）]A.ρSgh28tB.ρSgh24tC.一瀑布的水流量为1.5\times10^3\\text{m}^3/\text{s}，水位落差约100\\text{m}，若利用该瀑布水位落差发电，发电效率为70%，则发电功率约为（）A.10^9\\text{W}B.10^7\\text{W}C.10^5\\text{W}D.10^3\\text{W}气候和环境恶化是现阶段全人类面临的共同问题，全球经济发展造成的碳排放迅猛增长，对生命系统造成了严重的威胁。为了减少二氧化碳排放量，需加快调整优化能源结构，发展新能源，促进节能减排。将传统路灯替换成使用风能和太阳能的风光互补路灯是节能减排的一项重要措施。已知每燃烧一吨标准煤可以发电3000度（即3000\\text{kW·h}），排放二氧化碳2.6吨，若将某区域内的10万只传统路灯替换成该风光互补路灯，按每只传统路灯功率200\\text{W}估算，这一措施一天可减少二氧化碳的排放量最接近（）![示意图]A.2\times10^4\\text{kg}B.8\times10^4\\text{kg}C.2\times10^5\\text{kg}D.1\times10^6\\text{kg}能源（EnergySource）亦称能量资源或能源资源，是发展国民经济的重要物质基础，其开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。下列能源为可再生能源的是（）A.石油B.天然气C.风能D.煤炭二、多选题（共3小题）（多选）9.把一枚具有强磁性的小圆柱体从固定的竖直铝管上端放入管口，下落过程中，小圆柱体不与铝管接触。小圆柱形磁体下落过程中（）![示意图]A.加速度小于重力加速度B.加速度大于重力加速度C.减少的重力势能等于增加的动能D.减少的重力势能大于增加的动能（多选）10.某型号汽车以72\\text{km/h}的速度匀速行驶过程，其发动机和传动与变速系统内的功率分配关系如图所示。该汽车行驶时所受空气阻力与瞬时速率的关系为f1=kv2（k为恒量），且所受路面的阻力f大小恒定。当该汽车以速度72\\text{km/h}匀速行驶过程，汽车受到的驱动力大小为F，汽车发动机的效率为η，则A.F=250\\text{N}B.F=500\\text{N}C.\eta\approx15%D.\eta\approx25%（多选）11.新能源汽车普遍存在“动能回收”功能，汽车的发电机与电池连接，汽车减速时可自动连通发电机向电池充电，将机械能转化成电能储存起来。“动能回收”功能分为制动回收和滑行回收，两者的区别在于是否踩下制动踏板：踩制动踏板实现的能量回收为制动回收，松油门滑行实现的能量回收为滑行回收。当汽车在粗糙的水平路面上运动，第一次关闭“动能回收”功能，让汽车自由滑行，其动能位移关系如图中Ⅰ所示；第二次启动“动能回收”功能，其动能位移关系如图中Ⅱ所示，且在0～5\\text{m}内为制动回收，5～8\\text{m}为滑行回收。设汽车受到的阻力恒定，回收的动能转化为电能的效率为50%，则（）![示意图（E/(×10^5\\text{J})、x/\text{m}、Ⅰ、Ⅱ、0、5、8）]A.汽车受到的阻力大小为3\times10^4\\text{N}B.制动回收阶段回收的动能为6.5\times10^5\\text{J}C.滑行回收阶段回收的动能为1\times10^5\\text{J}D.启动“动能回收”功能后，转化的电能为3.3\times10^5\\text{J}三、解答题（共3小题）风力发电是开发利用清洁能源的重要形式，风力发电机是利用空气的动能发电的装置。某地区的风速为v，空气的密度为ρ，使风力发电机转动的风通过的截面积为S。（1）求单位时间内通过风力发电机的空气的动能Ek（2）若风能转化为电能的效率为η，求风力发电机的发电功率P。![