2027高中物理必修第三册（新教材）第4节　能源与可持续发展

第4节能源与可持续发展学习目标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。2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类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。基础自主梳理第一部分一、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________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量_____________。转化转移保持不变二、能量转移或转化的方向性1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的。2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再________起来重新利用的现象。3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。4．自然界中的宏观过程具有________性。不可逆收集降低方向三、能源的分类与应用1．能源的分类(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。煤炭、石油和天然气也叫________能源。(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。2．我国能源的开发(1)太阳能发电；(2)水力发电；(3)风能发电；(4)核能发电。化石四、能源与社会发展1．人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。2．利用不可再生能源带来的危害(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。(3)产生光化学烟雾，产生浮尘。深化辨析判断下列说法是否正确(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。(

)(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能。(

)(3)能量的转化和转移具有不可逆性。(

)(4)能量的利用是有条件的，也是有代价的。(

)(5)在自然界中不是所有的能量都能利用。(

)(6)太阳能是可再生能源。(

)×√√√√√核心知识深度探究第二部分知识点一能量守恒定律物理情境探究情境探究1．如图，这是小型汽油机模型，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]

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。[提示]

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．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量减少，一定存在其他形式的能量增加，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。例1

(2026·安徽蚌埠市期末)如图所示，风力发电机的叶片转动时可形成半径为R的圆面。某段时间内该区域的风速大小为v，风向恰好与叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为ρ，风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则此风力发电机发电的功率为(

)典型例题共研D例2

(2026·安徽芜湖市期末)如图甲所示，某海湾水面面积较大，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝下方通道的闸门，可使水位保持在20m不变。返潮时，坝外水位降至16m。假如利用此水坝建水力发电站(水流经通道即可带动发电机工作)，且重力势能转化为电能的效率是25%，每天有两次涨潮、两次退潮，海水的密度约为1.0×103kg/m3。如图乙所示，涨潮和退潮时水流都能推动水轮机发电，该电站一天大约能发电9.6×1010J，g取10m/s2，则该海湾水面面积约为(

)BA．1.0×106m2 B．1.2×106m2C．2.4×106m2 D．4.8×106m2知识点二能量转移或转化的方向性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，却会导致能量的品质降低，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。例3

(多选)下列现象属于能量耗散的有(

)A．汽车尾气排放使市区温度升高B．锂电池充电将电能转化为化学能C．冰雹下落将重力势能转化为动能D．冰雹下落最终静止在地面上典型例题共研AD[解析]能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象。汽车尾气排放使市区温度升高，能量最终无法再加以收集利用，为能量耗散，故A正确；锂电池充电将电能转化为化学能，可重新收集并加以利用，故不是能量耗散，故B错误；冰雹下落将重力势能转化为动能，可重新收集并加以利用，故不是能量耗散，故C错误；冰雹下落最终静止在地面上，能量最终无法再加以收集利用，为能量耗散，故D正确。例4

如图所示，卫星两翼的太阳能电池板能把太阳能转化为电能供卫星使用。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(

)A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害C[解析]干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误。知识点三能源的开发和利用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二次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能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、电能能源分类方法能源分类名称特点举例按利用技术分常规能源新能源按可否再生分可再生能源不可再生能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能可循环使用水能、风能、生物质能、地热能短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料能源分类方法能源分类名称特点举例按对环境污染情况分清洁能源污染能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)例5

(多选)下列能源中，哪些属于不污染环境的新能源(

)A．太阳能

B．天然气C．风能 D．沼气[解析]新能源如海洋能、地热能、风能、太阳能等，不会污染环境，故A、C符合题意；常规能源如石油、天然气等不属于新能源，也会污染环境，沼气属于生物质能源，属于新能源，但生产和使用过程中可能产生少量污染物(如硫化氢)，故B、D不符合题意。典型例题共研AC例6

(2026·广东省学业考试)砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是(

)A．电池可创造能量B．太阳能是不可再生能源C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能D[解析]根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，A错误；太阳能源于太阳核聚变，可持续再生，B错误；转化率低是因能量散失(如热能)，总能量仍守恒，C错误；非静电力(如半导体内部电场)驱动电荷分离，将太阳能转化为电能，D正确。第三部分随堂演练巩固落实A1．(能源的开发和利用)下列关于能源的说法正确的是(

)A．太阳能是地球上最主要的能量源泉B．珠江的水能是用之不尽的C．天然气是可再生能源D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律解析：太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确；珠江的水能不是用之不尽的，故B错误；天然气是不可再生能源，故C错误；基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误。AD2．(能量转移或转化的方向性)(多选)关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是(

)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解析：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；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；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，但若有其他影响因素也可以将热量从低温物体传递到高温物体，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；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，故D正确。ABC3．(能量的转化与守恒)(多选)(2026·天津滨海新区期末)下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是(

)A．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能C．发电机发电时，将机械能转化为电能D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生解析：高山上滚下的石块，其重力势能越来越小，而动能增大，故说明重力势能转化为动能，故A正确；酒精燃烧时，释放热量，故将化学能转化为内能，故B正确；发电机发电时，通过外力做功将机械能转化为电能，故C正确；人们对太阳能的开发和利用，说明太阳能也可以转化为其他形式的能，故能量不可以凭空产生，故D错误。D4．(