苏科版九年级物理下册第十八章第四节讲义：能源与可持续发展

四、能源与可持续发展

目录

【学习目标】.......................................................................1

【思维导图】.......................................................................1

【知识梳理】.......................................................................2

知识点1：能量转化的效率.......................................................2

知识点2：能源与可持续发展.....................................................5

【巩固训练】.......................................................................7

【学习目标】

1.分析不同机械或装置中的能量转化情况。

2.知道任何机械或装置的能量转换效率都不可能达到100%。

3.熟悉能量转化效率的计算公式，并学会应用。

4.能源与可持续发展。

重点：

1.任何机械或装置的能量转换效率都不可能达到100%。

2.能量转化效率的计算公式。

3.能源与可持续发展。

难点：

1.分析不同机械或装置的能量转化图。

2.能量转化效率的计算公式的综合应用。

【思维导图】

有效利用能重与总消耗能量的比值

!迎？史!@皂受兔郎受手、转化效率越高，能量浪费就越少

能源与可持续发展

开发新能源，节能减排，实现可持续发展

i.Q.噬2旗弱曦期产（优化能源结构，走绿色低碳可畸之路

【知识梳理】

知识点1:能量转化的效率

1、能量转化的效率

（1）输出的有用能量和输入的总能量之比，叫做能量转化的效率。

主壮十斗I泡豆输出的有用能量10/

⑵表达式为：效率=输入的总能量X1n0A0%0

（3）由于在能量转化过程中总有能量损失，所以能量转化的效率总小于1。

2、能源的利用和对环境的危害

（1）城市大气污染:一次能源利用过程中，产生大量的CO、SO2、NOx、TSP

及多种芳煌化合

物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且

损害人体健

康。

（2）矿物燃料的燃烧，使大气CO2浓度增加，温室效应增强。

（3）酸由：化石能源的燃烧产生的大量SO2和NOX等污染物通过大气传输，

在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森

林生态系统，改变湖泊水库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成

重大经济损失.酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。

（4）核废料问题:发展核能技术，尽管在反应雄方面已有了安全保障，但是，

世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料.这些核废料的

最终处理问题并没有完全解决，这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射

性。

【典例1】下列对各个效率意义的解释中，正确的是（）

A.某锂电池充电时的效率是99%,表示锂电池将其消耗的电能的99%转化

为光能

B.某电动机工作的效率是83%,表示电动机把其消耗的电能的83%转化为

内能

C.某柴油机工作的效率是35%,表示柴油机把柴油燃烧时释放的能量的35%

转化为化学能

D,某电热水器工作的效率是87%,表示电热水器把其消耗的电能的87%转

化为水的内能

【答案】D

【详解】A.某锂电池充电时的效率是99%,其意义：该锂电池充电时可以

把消耗电能的99%转化为化学能，故A错误：

B.某电动机工作的效率是83%,其意义：该电动机可以把消耗的电能的83%

转化为机械能，故B错误；

C.某柴油机工作的效率是35%,其意义：该柴油机可以把燃料完全燃烧所

放出的热量的35%转化为机械能，故C错误；

D.某电热水器工作的效率是87%,其意义：该电热水器可以把消耗电能的

87%转化为水的内能，故D正确。

故选De

【变式1】氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的

能源.若利用氢燃料进行加热，0.6kg的氢燃料完全燃烧可以使2（）0kg初温

为15℃的水吸收后，水的温度升高到65℃.已知以=4.2xKyj/（kg「C）,

^=1.4xlO8J/kg,下列说法正确的是（）

A.氢燃料燃烧过程将机械能转化为内能

B.氢燃料使用过程中，燃料箱内氢燃料越来越少，氢燃料的热值变小

C.200kg初温为15c的水温度升高到65℃吸收的热量是5.46x10」

D.氢燃料烧水过程的效率为50%

【答案】D

【详解】A.氢气是一种燃料，具有化学能，在燃烧的过程中，将化学能转

化为内能，故A错误；

B.热值是燃料的一种特性，氢气用掉一些时，燃料的种类不变，其热值不

变，故B错误；

3

C.由题意，m=200kg,六65℃,/尸15C,cA=4.2x10J/（kg-℃）,所以水吸

收的热量为

37

0K=C水〃叱一幻=4.2X101人kg.℃）x200jtgx（65℃-15℃）=4.2xlOJ

故c错误；

D.0.6kg氢燃料完全燃烧放出的热量

s7

Q放=mq.=0.6^x1.4x10J/^=8.4x1()J

氢燃料烧水过程的效率为

4=4.2xl0^Jxl0()%=50%

。收8.4xlOs.T

故D正确。

故选D。

【变式2】水力发电中水从高处流下时，重力势能转化为,从而带动发

电机发电，水能是(选填“可再生”或“不可再生”)能源。小明利用手机

搜索水力发电的有关知识，这是利用电磁波传递信息。我国水电站年平均发

电量可达1.O8X1OI3J,若这些发电量改用煤进行火力发电，效率为40%,则

需要完全燃烧煤kg^3.0x107J/kg：-o

【答案】动能可再生9x1010

【详解】［1］水力发电中水从高处流下时，水的质量不变，高度减小，重力势

能减小，速度变大，动能变大，故水的重力势能转化为动能。

［2］水可以从自然界中不断获取，所以是可再生能源。

⑶由发电效率可得燃烧煤放出的热量。放=写署=2.7x10叼

根据热值公式广华，则需要燃烧煤的质量k£=总需看=9xd)kg

【变式3】风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机

发电。输入风机的风能的功率为3xl(Tw,发电机lh输出电能约为960kWho

若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，发电机的效率为80%,则风机的效率

是。

【答案】40%

【详解】lh风机输出给发电机的能量为W,则

w=Mi=960kW.h=120Q^h

恤80%

输入风机的风能的功率为

3xlO6W=3xlO3kW

则lh输入风机的风能为

W^=3xlO3kWh

所以风机的效率

Wl200kWhsc,

AL,=—=-------：--------=40%

他%3?3.

知识点2：能源与可持续发展

1、由于世界人口的急剧增长和经济的不断发展，能源的消耗急剧增长，目前作

为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，所以节约能源已成为当今社会的一

大问题，解决能源问题的出路主要有两种：一是提高能源的利用率;二是开发

和利用新能源,特别是开发和利用太阳能和核能。

2、有利于节约能源的措施

（1）节能降耗，从我做起：随手关灯、关电脑等，注意节约用水等等。

（2）注意技术创新，提高能源利用效率，减少废气、废物排放的污染因素。

（3）依靠科学技术创新开发绿色新能源，加强能源利用中的防护措施，提高能

源使用的安全性。

3、要实现碳排放持续大幅下降，一方面要优化能源结构，加快发展太阳能、水

能、风能等清洁能源；另一方面要大力提倡低碳消费，落实节能举措，降低能

耗。让我们从力所能及的小事做起，积极践行“绿水青山就是金山银山”的发展

理念，实现社会可持续发展，共创人类美好未来。

【典例2】今年春节长假以来，浙江湖州德清县裸心谷度假村70栋精致别样的“树

顶别墅、夯土小屋”格外受人追捧，除了独一无二的自然风光，这里倡导的“绿

色旅游''生活方式也吸引着游客纷至沓来。树顶别墅覆盖光伏太阳能板，能

满足度假村约15%的供电量。光伏太阳能板工作时将太阳能转化

为;裸心谷打造了一种低碳生活方式，为了践行低碳生活，

请你提出一条日常生活中节能环保的建议：。

【答案】电能骑自行车上下班或卖公交车上下班

【详解】［1］光伏太阳能板工作时将太阳能转化为电能，供用电器使用。

［2］骑自行车上下班或乘公交车.上下班，可以减少能源消耗，减少碳的推出。

【变式1】2024年政府工作报告中提出，要大力发展新能源和可再生能源，推进

清洁能源的利用。下列能源中，可以用如图阴影部分表示的是（）

A.太阳能B.石油C.天然气D.煤

【答案】A

【详解】新能源是指在新技术基础上，可系统地开发利用的能源，如太阳能、

风能、水能、生物质能、地热能等；清洁能源是指不排放污染物、能够直接

用于生产生活的能源；可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用

的能源。

A.太阳能属于新能源，在使用过程中不产生污染物，是清洁能源，并且太

阳能取之不尽、用之不竭，属于可再生能源，故A符合题意；

B.石油是传统的化石能源，属于不可再生能源，在使用过程中会产生大量

污染物，不是清洁能源，故B不符合题意；

C.天然气是化石能源，属于不可再生能源，虽然相对煤炭等污染较小，但

仍会产生二氧化碳等气体，不是完全意义上的洁能源，故c不符合题意；

D.煤是化石能源，属于不可再生能源，燃烧时会产生二氧化硫、氮氧化物

等污染物，不是清洁能源，故D不符合题意。

故选Ao

【变式2】水是生命之源！面对严峻的水资源问题，我们应该珍惜每一滴水。关

于水资源，下列说法正确的是（）

A.贵阳的红枫湖不存在水污染的问题

B.可供人类使用的淡水资源其实是比较少的

C.贵州河流、湖泊较多，所以贵州不会出现水费源危机

D.因为地球上的水循环，所以水资源“取之不尽用之不竭”

【答案】B

【详解】A.贵阳的红枫湖存在水污染的问题，故A错误；

B.地球上的水,97%是海洋水，而人类所需的淡水资源仅占全球水量的2.5%,

所以可供人类使用的淡水资源其实是比较少的，故B正确；

C.贵州河流、湖泊较多，也会出现水资源危机，故c错误；

D.饮用水的循环是需要一定的时间的，而且这时间要以它被污染的程度而

定，尽管水在自然界中不停地循环，但淡水资源却极为贫乏，所以水资源不

是“取之不尽用之不竭”的，故D错误。

故选B。

【变式3】山西的花馍远近闻名，不仅是它的色彩鲜艳，形态栩栩如生，还有它

那刚出锅时甜香浓郁的面香味。闻到面香味是—现象，随着花馍渐渐变凉,

香味就没有那么浓郁了，这是因为分子热运动与有关；现在蒸花馍已

用天然气代替柴火，是因为天然气的匕木柴大；蒸花馍的过程中人们

设置冷凝水回收系统，将蒸锅排出的冷凝水收集并重新利用，这样可以—

能源利用效率。

【答案】扩散温度热值提高

【详解】[1]⑵扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均

匀分布的现象，扩散是由于分子热运动而产生的，温度越高运动越剧烈，温

度越低运动越缓慢。因此闻到面香味是扩散现象；随着花馍渐渐变凉，香味

就没有那么浓郁了，这是因为分子热运动与温度有关。

[3]热值也称为燃料发热量，指固体或液体单位质量或气体单位体积的燃料完

仝燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）所释放出来的热

量。天然气代替柴火，是因为天然气比木材有更大的热值。

[4]将蒸锅排出的冷凝水收集并重新利用，这样可以减少资源浪费，提高能源

利用效率。

【巩固训练】

1.2025年10月1日国庆期间，我国首部紧凑型聚变能实验装置BEST完成底部

安装，精度达到毫米级，标志着我国向实现核聚变发电，又向前迈进一人步，

发电时，核聚变产生的人造“太阳”约为1亿摄氏度，使水产生高温、高区的

水蒸气带动蒸汽轮机转动，蒸汽轮机再带动发电机发电。下列能量转换不属

于这个过程中的是（）

A.核能一内能B.内能一机械能C.机械能一►电能D.内能一化学能

【答案】D

【详解】由题可知，核聚变（核能）产生高温，将水加热成高温高压水蒸气，

此过程将核能转化为内能，然后水蒸气推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机

械能，接着蒸汽轮机带动发电机发电，从而将机械能转化为电能，故ABC不

符合题意，D符合题意。

故选D。

2.镇江经开区的一家太阳能光伏企业，生产的太阳能电池板能将太阳能转叱为

电能。关于太阳能，下列说法错误的是（）

A.太阳能是可再生能源B.太阳能电池板工作过程利用光电转换

原理

C.太阳能清洁无污染D.目前人类利用太阳能的主要方式是将

其转化为内能

【答案】D

【详解】A.太阳能来源于太阳内部的核聚变反应，其能量可持续产生，不会

随着人类的利用而枯竭，属于可再生能源，故A正确，不符合题意；

B.太阳能电池板的核心是半导体材料，能直接将接收到的太阳能转化为电能,

这一过程本质是光电转换，故B正确，不符合题意；

C.太阳能在利用过程中，不会像化石能源那样产生二氧化碳、二氧化硫等污

染物，也不会产生废渣、废水，属于清洁能源，故c正确，不符合题意；

D.目前人类利用太阳能的主要方式有两种，一是通过太阳能电池板将其转化

为电能（光电转换），二是通过太阳能热水器等设备将其转化为内能（光热

转换）。其中，随着光伏产业的快速发展，将太阳能转化为电能已成为更主

要的利用方式，故D错误，符合题意。

故选D。

3.能源是人类一切物质生活、社会经济发展的基础，从古至今，人类对能量与

能源的研究从未停止。近期，我国的风力发电技术得到了较大的发展。下列

说法正确的是（）

A.风能是一种不可再生能源

B.风力发电机可以将机械能转化为电能

C.风能与煤都属于清洁能源

D.风力发电机的能量转化效率能达到HX）%

【答案】B

【详解】A.空气的流动形成风，风能是一种可再生能源，故A错误；

B.风力发电机发电时，风吹动风叶，再带动发电机转动，将机械能转化为电

能，故B正确；

C.风能属于清洁能源，煤燃烧时产生粉尘和有害气体，不属于清洁能源，故

C错误；

D.任何机械工作时不可避免的要做额外功，机械效率不可能达到100%,风

力发电机的能量转化效率也不可能达到100%,故D错误。

故选B。

4.某路灯照明系统：白天，太阳能电池板为蓄电池充电；夜晚，蓄电池为LED

灯供电，仝程均由控制器自动管理。其能量转化过程如图所示。下列说法正

确的是（）

蓄电池蓄电池

（晚上）LED灯

布耐太阳能电池qvtr诉光能和内能

A.甲是“光能”B.蓄电池（白天）是“电源”

C.乙是“电能”D.蓄电池（晚上）是“用电器”

【答案】C

【详解】A.甲是太阳能电池将太阳能转化成的电能，故A错误；

B.白天的蓄电池将电能转化为化学能，储存起来，消耗电能，相当于用电器,

故B错误；

CD.晚上蓄电池将化学能转化为电能，供LED灯使用，晚上的蓄电池是电

源，乙是电能，故C正确，D错误。

故选c。

5.我国太空电站于2025年3月试验成功。太空电站距离地面高度约为360km,

需要通过火箭推送完成。下列说法中错•误•的是（）

A.太空电站发电时，将机械能转化为电能

B.火箭推送太空电站时，将内能转化为机械能

C.太空电站加速上升时，其动能和重力势能都增大

D.发射火箭用液态甲烷作燃料，是因为液态甲烷的热值较大

【答案】A

【详解】A.太空电站发电时，消耗了太阳能，获得了电能，所以是将太阳能

转化为电能，故A错误，符合题意；

B.火箭推送太空电站时，消耗内能，产生机械能，将内能转化为机械能，故

B正确，不符合题意：

C.太空电站加速上升时，质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力

势能增大，故C正确，不符合题意；

D.发射火箭用液态甲烷作燃料，是因为液态曰烷的热值大，与质量相同的其

它燃料相比，完全燃烧放出的热量多，故D正确，不符合题意。

故选Ao

6.分类是认识和研究问题的重要方法之一，下列分类正确的是（）

A.晶体：海波、玻璃、沥青B.导体：石墨、橡胶、食盐水

C.可再生能源：风能、太阳能、核能D.费力杠杆：筷子、镣子、钓鱼竿

【答案】D

【详解】A.海波有固定熔点，是晶体；玻璃、沥青没有固定熔点，是非晶体，

故A错误；

B.石墨、食盐水会导电，是导体：橡胶不易导电，是绝缘体，故B错误；

C.风能、太阳能可以源源不断地从自然界中获得，是可再生能源；核能在短

时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；

D.筷子、蹑子、钓鱼竿的动力臂都小于阻力臂，都是费力杠杆，故D正确。

故选D。

7.充电宝已成为出行必备用品，某款充电宝铭牌标注“电池容量25000mA-h/3.7V”。

机场规定：禁止携带无3c标识或额定能量大于160W.h的充电宝。下列说法

正确的是（）

A.“160W・h”表示电功率的大小

B.该充电宝的额定能量为92.5W.h,小明能携带上飞机

C.该充电宝的额定能量为162.5W.h,小明不能携带上飞机

D.充电宝给手机充电时，充电宝把电能转化为化学能

【答案】B

【详解】A.“160Wh”是指充电宝充满电时能够储存的电能，而不是电功率，

故A错误；

BC.“电池容量25000mA.h/3.7V”的充电宝贮存能量为

W=Uh=3.7Vx25Axlh=92.5Wh

所以该充电宝的额定能量为92.5W.h,小于160W.h.可以带上飞机，故B正

确，C错误；

D.充电宝给手机充电时，充电宝相当于电源，将储存的化学能转化为电能供

手机使用，故D错误。

故选B。

8.下列有关能量的转化和守恒的说法中，正确的是（）

A.内能和机械能不可以相互转化

B.能量只有在忽略摩擦力和阻力时才能守恒

C.小球在地面弹跳的高度越来越低，说明能量的总量减少了

D.一个物体具有的能量增加，必然有别的物体具有的能量减少

【答案】D

【详解】A.内能和机械能能相互转化，如蒸汽机将内能转化为机械能，摩擦

生热将机械能转化为内能，故A错误；

B.能量守恒是普遍规律，无论是否忽略摩擦力、阻力，总能量始终守恒（摩

擦力、阻力会使部分能量转化为内能，但内能仍属于总能量的一部分），并

非只有忽略时才守恒，故B错误；

C.小球弹跳高度越来越低，是因为部分机械能转化为内能（克服空气阻力、

地面摩擦做功），但总能量（机械能+内能）仍然守恒，能量总量并未减少，

故c错误；

D.根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种

形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，因此，一个物体

能量增加，必然有其他物体通过能量转移或转化使其能量减少，总能量保持

不变，故D正确。

故选Da

9.如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛有一定量的水之

后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水

温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶，下列说法

不正确的是（）

A.水变热是通过热传递来改变内能的

B.水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒

C.“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同

D.“蒸汽船”在向左运动时主要将内能转化为机械能

【答案】B

【详解】A.改变物体内能有两种方式：做功和热传递。用蜡烛对铜质容器

底部加热，蜡烛燃烧产生的热量通过铜质容器传递给容器内的水，使水的内

能增加、温度升高，这是通过热传递的方式改变水的内能，故A正确，不符

合题意；

B.能量守恒定律是指能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种

形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保

持不变。水在沸腾时虽然有热量散失到周围环境中，但这只是能量发生了转

移，总能量依然是守恒的，故B错误，符合题意；

C.热机的做功冲程是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能；

“蒸汽船”中铜管喷出蒸汽，蒸汽的内能转化为“蒸汽船”的机械能，使“蒸汽船”

向左行驶，二者都是将内能转化为机械能，能量转化情况相同，故C正确，

不符合题意；

D.当铜管向右喷出蒸汽时，“蒸汽船”向左行驶，这是因为蒸汽的内能转化为

"蒸汽船''的机械能，使“蒸汽船”获得了向左的动力而运动，故D正确，不符

合题意。

故选B。

10.2024年3月2（）日鹊桥二号中继星成功升空，它携带的太阳能电池板将太阳

能转化为能。鹊桥二号中继星利用波传递信号，在嫦娥六号探

测器与地球之间架起一座新的通信桥梁。

【答案】电电磁

【详解】［I］太阳能电池板消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能C

［2］电磁波可以在真空中传播，鹊桥二号中继星利用电磁波传递信号。

11.如图为近年来流行的一种手压式自发电手电筒，按压手电筒上的按柄时，通

过塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转，从而产生电流点亮灯泡。

这个过程中把__能转化为电能，电流的产生是利用了原理

A

【答案】机械电磁感应

【详解】口］［2］由题意可知，按压手电筒上的按柄时，通过塑料齿轮带动铜丝

线圈内的磁性飞轮高速旋转，线圈切割磁感线产生感应电流，故可知利用了

电磁感应原理；这个过程由机械能转化为电能。

12.图示是某款车载充电线，可供三部手机同时充电。充电时，手机电池将—

能转化为化学能，三部手机的连接方式是（选填“串联”或“并联”）,

若拔掉其中一部手机，则电路中的总电流将（选填“变大”、“变

小'’或"不变”）。

【答案】电并联变小

【详解】［1］手机充电时，充电器将外部电源的电能输入电池，电池通过化学

反应将电能转化为化学能储存，因此充电时手•机电池将电能转化为化学能。

［2］电路连接方式分串联和并联：串联电路中用电器相互影响，一个断开则整

个电路无法工作；并联电路中用电器相互独立，一个断开不影响其他用电器。

题目中“拔下一部手机，其余仍能充电“，说明手机间互不影响，故连接方式

是并联。

［3］并联电路的总电流等于各支路电流之和。原本三部手机对应三个支路工作,

总电流是三个支路电流的总和。拔下一部后，支路减少一个，支路电流随之

减少，因此总电流会变小。

13.我国发射的“天舟二号”货运飞船与“天和”核心舱进行了自主交会对接。对接

后若以核心舱为参照物，“天舟二号”货运飞船是的；发射时使用液态

氢作为燃料是因为氢的大；在太空中还可以用太阳能电池板提供电能,

太阳能是______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。

【答案】静止热值可再生

【详解】［1］“天舟二号”货运飞船与“天和”核心舱对接后，若以核心舱为参照

物，“天舟二号”货运飞船的位置不变，“天舟二号”是静止的。

［2］发射时使用液态氢作为燃料是因为氢的热值大，与质量相同的其它燃料比,

完全燃烧后液态氢可以放出更多的热量。

［3］在太空中还可以用太阳能电池板提供电能，太阳能是取不尽用不完的，是

可再生能源。

14.我国最新建成的“华龙一号”核电站正式投入商业运行。它采用了先进的第三

代核电技术，兼顾了安全性与经济性。目前核电站是通过核（选填“裂

变”或“聚变”）的方式释放能量，核能属于（选填"可再生''或"不可再

生”）能源：核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现

"中和”目标。

【答案】裂变不可再生碳

【详解】山核裂变是指重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程，在这

个过程中会释放出大量的能量；而核聚变