能源与可持续发展（解析版）

第十二章电能能量守啖律

第4节能源不可持续发展

重点+难点核心素养思维导图

1.掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基

本、最普遍的自然规律之一。

■■守体会““移或

2.了解能量转化和转移的方向性，认识到人类黑需烂上一嚣勒回她应

”的分析科"黑科在厦产汕迎

珍惜和保护能源和资源的必要性。

3.了解我国的能源状况，认识到能源与环境协

调发展的必要性。

知识点一能量守恒定律

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式技化为其他形式，或者从一个物

体转移到别的物体,在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变.

知识点二能量转移或转化的方向性

i.一切与热现象有关的宏观自然过程都是丕亘逆的.

2.能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散.

3.能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方面性一

知识点三能量的分类与应用

1.能源的分类

(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源

又叫作化石能源.化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源.

(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能.这些能源在自然界可以再生，

叫作可再生能源.

2.能源的开发与应用

近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：太阳能发电、水力发电、风能发电、

核能发电.

知识点四能源与社会发展

1.随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能

返带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题.

2.可持续发展

(1)可持续发展的核心：追求发展与资遮、乱填的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙

后代的需求.

(2)需要做好两方面：

①要大力提倡芭能：

②发展回豆生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度

低的清洁能源.

易错易混点一能量守恒定律的理解和应用

易错易混点1.1对能量守恒定律认识不清。

例1.(多选)在最近几年的空调市场上出现了一个新宠一一变频空调，据专家介绍变频空调

比定频空调要节能,因为定频空调开机时就等同于汽车启动时:很耗能,是正常运行的5~7倍。

定频空调在工作时达到设定温度就停机,等温度高了再继续启动,这样的频繁启动,耗电多。

变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是通过自动变速来保持室内温度，从开

机到关机中间不停机，所以比较省电。根据上述介绍，判断以下说法中合理的是()

A.变频空调节能,运行中不遵守能量守恒定律

B.变频空调运行中做功少,转化能鼠多

C.变频空调在同样工作条件下运行效率高,省电

I).变频空调与定频空调做同样多的功时,消耗同样多的电能

【答案】CD

【解析】自然界的一切过程都遵守能量守恒定律,A错误;功是能量转化的量度，做同样多的

功,消耗同样多的电能,B错误、D正确；由变频空调的工作特点可知其省电的原理是效率高,C

正确。

易错易混点1.1剖析

1.适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条

规律。

2.对能量守恒定律的理解

某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。

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。

易错易混点1.2对流体类动能物理模型认识不清。

例2.某地强风的风速约为小空气的密度为p,如果把通过横截面积S的风的动

能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为尸=()

11,

A.呼SoB.2pSv-

C.^pSv3D.fS/

【答案】C

【解析】风能转变为电能，由能量守恒定律得斗7?。2=尸£

其中m=pV=pvtS

联立解得尸=写^=沙S"

A、R、D错误，C正确。

易错易混点1.2剖析

1.对流体类建立物理模型时,可以取长方体和圆柱体模型,取某一个截面为底面,面积为S,

取时间之内通过该截面的长度由，体积为WS。下一步确定该体积流体的质量：vtSp.

2.再结合动能和能的转化效率，利用能量守恒定律求解。

易错易混点二能量转移或转化的方向性

易错易混点2.1对“能量的耗散和品质降低”的理解不清

例3.（多选）在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来

重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量就散理解正确是（）

A.能量耗散说明能量在不断的减少

B.能量耗散遵循能量守恒定律

C.能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失

D.能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

【答案】BD

【解析】

能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，A错误；能

量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化必须遵循能量守恒定律，B正确；

能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；能量耗散是一个宏观过程，代

表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确。

易错易混点2.1剖析

⑴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.

⑵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

量的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太可用的形式.

⑶能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源.

易错易混点三能源的分类与应用能源与社会发展

易错易混点3.1生活生产实际中能量的转化过程的计算

例4.某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用6（）天，每天耗电8kWh为了节

约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高I℃，这样每台空调机每天可节省6%的

电能.那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92X107J/kg发电

厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？（结

果均保留两位有效数字）

【答案】

2.1X1013J2.4X103t

【解析】

设可节省的电能为E,则£=8X6%X60X20X10lkW-h=5.76XI06kWhs«2.1X10,3J,

设1年内节约的标准煤的质量为加，由能量守恒定律有2.92X107j/kgxmX30%=E,

解得m^2.4X106kg=2.4X103t.

易错易混点2.2剖析

1.一定要转化为国际制单位进行计算。

2.理清题目的能量转化的过程，以及转化的效率。

针对训练

1.（2022・全国•高二课时练习）关于能量和能源，下列说法中正确的是（）

A.化石能源是清洁能源；水能是可再生能源

B.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性

C.在能源的利用过程中，由于能显在数量上并未减少，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小，但能量品质降低

T

【答案】D

【解析】A.化石能源不是清洁能源；水能是可再生能源，A错误；

B.在自发状态下，能量传递具有方向性，B错误；

C.在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能源的品质在降低，所以还需

要节约能源，C错误；

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小，但能量品质降低

了，D正确。

故选D。

2.（2020•浙江省杭州第二中学高一开学考试）如图所示，甲、乙两金属球完全相同，若将

两球从相同的初温加热到相同的末温，且不计悬线和支持面的吸热，依据能量守恒的观点

可判断（）

A.中球吸热较多B.乙球吸热较多

C.两球吸热一样多D.无法比较哪只球吸热较多

【答案】B

【解析】温度升高，球的体积变大，甲球膨胀后重心下降，重力对甲球做正功，重力势能

减少，乙球膨胀后重心上升，重力对乙球做负功，重力势能增加，根据能量守恒可知，乙

球吸收的热量大于甲球吸收的热量，B正确，ACD错误；

故选Bo

3.（2022•河北省唐县第一中学高一期中）韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动

员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力

和阻力对他做功的情况如图所示。韩晓鹏在此过程中（）

A.动能增加了1800JB.重力势能减小了1600J

C.内能增加了2000JD.机械能减小了200J

【答案】D

【解析】A.根据动能定理可得动能增加了

△%=%+叱=1800J-200J=1600J

A错误；

B.重力势能的变化用重力做功衡量，则有

△0=一%=-1800J

故重力势能减小了1800J,B错误;

CD.除重力外，其他做功用来衡量机械能的变化，则有

AE机二吗=-200J

可知机械能减小了200J,减少的机械能变成了内能,即内能增加了200J,C错误,D正

确；

故选D。

4.（2020•广西•钟山中学高二阶段练习）卜面所列电池或电站，能把光能转换成电能的是

（）

A.干电池B.太阳能电池C.核电站D.水电站

【答案】B

【解析】A.干电池将化学能转化为电能，故A错误；

B.太阳能电池叫以直接将光能转化为电能，故B止确；

C.核电站将核能转化为电能，故C错误；

D.水电站将水的机械能转化为电能，故D错误。

故选Bo

5.（2023・全国•高三专题练习）潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再

生能源。现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为5=4x106］小,涨

潮时，当大坝外侧海平面高度为〃=4m时（以海水流入前的水库水面为参考系），打开大坝

下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外

水面等高，关闭闸门。等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相

同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电（此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度）。

由于海洋很大，大坝外的每平面高度在海水流入、流出水库过程中儿乎不变，潮水一天涨

落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为（）

潮汐能发电

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

【答案】C

【解析】根据题意可得电能为

6311

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

故日发电量约为30xlO“J,ABD错误，C正确。

故选C。

6.(多选)(2022•全国•高二课时练习)在能源消耗的过程中，我们无法把•些能源消耗产

生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散.对•于能量耗散理解正确是

()

A.能量耗散说明能量在不断的减少

B.能量耗散遵循能量守恒定律

C.能量耗散说明能量不能凭空产牛.，但能量却可以凭空消失

D.能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

【答案】BD

【解析】A.能最耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，A错误；

B.能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化必须遵循能量守恒定律，B正确；

C.能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；

D.能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确。

故选BDo

7.(多选)(2023•全国•高三专题练习)秋千是人们都喜欢的健身娱乐活动。会荡秋千的

人，不用别人帮助推，就能越荡越高，而不会荡秋千的人则始终荡不起来。对能独自把秋

干越荡越高的现象，下列说法正确的是()

A.通过人做功，系统的机械能不断增加

B.只存在动能和重力势能的相互转化

C.系统没有外力做功，机械能守恒

D.从高处荡下时身体应迅速下蹲，从最低点向上摆起时，身体应迅速直立起来

【答案】AD

【解析】AD.从高处荡下时身体应迅速下蹲，此过程降低重心，将更多的重力势能转化为

动能，获得更大的速度，从最低点向上摆起时，身体迅速宜立起来，此过程人克服重力做

功，升高重心，获得更大的重力势能，系统的机械能不断增加，这样秋千才能越荡越高，

AD正确。

BC.从最低点向上摆起时，身体迅速直立起来，重心升高，此过程人克服重力做功，系统的

机械能不断增加，人克服重力做功的过程中，将自身的化学能转化为机械能，BC错误。

故选ADo

8.（多选）（2023•全国•高三专题练习）如图所示，光滑斜面体ABC固定在水平面上，底角

6>=37°,顶角团8=90。，物块。和长木板b分别放在斜面8c和A8上，细线绕过固定在斜面

顶点的轻质光滑定滑轮，两端分别与物块〃和长木板相连，将物块。锁定，滑轮两侧的

细线分别与两侧的斜面平行，长木板力的质量为机，物块。质量为2/m解除物块。的锁

定，同时将质量为05〃的物块。轻放在长木板的上端，物块。始终保持静止，重力加速度

为g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,则下列判断正确的是（）

A.物块c与长木板。间的动摩擦因数为0.6

B.物块。运动的加速度为gm/s?

C.物块。机械能的减小量大于长木板〃机械能的增加量

D.物块〃机械能的减小量等于长木板b机械能的增加量

【答案】BC

【解析】A.假设a、b、c都静止，根据平衡条件对。分析可得，绳子的拉力为

T=2mgcos0=1.6〃?g

对反。整体分析可得，绳子拉力为

T'=1.5〃?身sin6=0.9mg<T

由此可知物块〃会沿斜面下滑，物块〃沿斜面上滑。由于物块。始终保持静止，则对物块c

受力分析，根据平衡条件有

0.5/〃gsin。=4•0.5〃2gcos0

可得，物块c与长木板〃间的动摩擦因数为

//=0.75

故A错误;

B.对。受力分析，根据牛顿第二定律有

2mgcos0-F=2ma

对b受力分析，根据牛顿第二定律有

F-nigsin。一〃•0.5ingcos0-ma

联立可得，物块。运动的加速度为

7「

a=—m/s~

3

故B正确；

CD.由能量的守恒与转化可知，物块。减小的机械能转化为木板力增加的机械能和木板

与物块。摩擦产生的内能，所以物块〃机械能的减小量大于长木板机械能的增加量，故

C正确，D错误。

故选BCo

9.（多选）（2022•全国•高二专题练习）卜列过程中，川能实现的是（）

A.水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能

B.在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高

C.利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能

D.静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体

运动起来

【答案】BC

【解析】A.机械能可以全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能，则知水温度

自动卜降时释放的内能不可能全部转化为机械能，故A错误；

B.在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高，故B正确；

C.利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械

能，符合热力学第二定律，所以能够实现，故C正确；

D.一切与热现象有关的物理过程是有方向性的，可知静止在光滑水平面上的物体，温度

降低时释放的内能不能转化为物体的动能，使物体运动起来，故D错误。

故选BCo

10.（多选）（2022•山西太原•高二期末）关于能量的转化与守恒，下列说法中正确的是

（）

A.摩擦生热的过程是不可逆的

B.所有能量守恒的过程都是可逆的

C.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

D.可再生能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能量耗散

【答案】AD

【解析】A.摩擦过程会自发地产生热量，但热量不能自发地产生摩擦，所以摩擦生热的

过程是不可逆的，故A正确；

B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B错误；

C.热传递存在方向性的含义是指热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发

地从低温物体传递到高温物体，但若有其他影响也可以冷热量从低温物体传递到总温物

体，空调机制冷时必须通过压缩机做功才能实现热量从低温物体传递到高温物体，因此热

传递仍然存在方向性，故C错误；

D.可再牛能源和不可再生能源一样，在利用的过程中同样存在能最耗散，故D正确。

故选AD。

11.(2022・全国•高三课时练习)一般小汽车的汽油消耗量约为IOL/l(X)km,1L汽油完全燃

烧能释放3.3xl()7j化学能，那么小汽车行驶100km消耗能量约为3.3x10”,这相当于消耗

多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生

怎样的影响？

【答案】91.67kW.h：增加石油能源的消耗，提升交通压力，大气污染加剧

【解析】相等于消耗的电能为

3.3x1()8+(3.6x")kW.h=91.67kW・h

小汽车的拥有曷迅速上升，对石油能源的消耗急剧上升，同时也会增加交通压力，汽油的

大量消耗也会产生大量的污染，使大气污染加剧。

12.(2022・全国•高二课时练习)如图所示是我国古代的一种农业机械，它叫做水碾，是利

用水的动能来做功的装置，当水冲击下部水轮时，转动口勺轮子会带动上部的碾来碾米。假

若每秒冲击叶片的水量为10kg,水速从5m/s减小为InVs,则水碾每秒从水流中获得能量

为多少？这些能量是否都被用来碾米？

【答案】120J；不能

【解析】水碾每秒从水流中获得能量等于水流动能的变化量的大小，即

222

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

这些能量会有一部分损耗，不能都被用米碾米。

13.（2022•全国•高二课时练习）科学家们通过大量的实践研究，估算出了整个地球表面接

受的太阳辐射能主要去向的数据，如表所示。

向太空热辐

去向直接反射水循环大气流动光合作用

射

辐射功

,3

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

率