專題23能源與可持續(xù)發(fā)展（解析版）

1．了解能源的分類及新能源的開發(fā)利用；

2．掌握能量守恒定律、能量轉(zhuǎn)化的方向性；

3．了解能源利用過程中產(chǎn)生的污染及預防污染的方法。

一、能源的分類與應用

1．什么是能源

能源是能提供多種形式、可以相互轉(zhuǎn)換的能量的源泉。

2．能源的分類

按來源可分為三大類：

(1)來自太陽的能源：太陽能（直接）；煤、石油、天然氣、水能、風能（間接）。

(2)地球本身蘊藏的能源：地熱能、核能。

(3)太陽、月球等天體與地球的相互作用產(chǎn)生的能源：潮汐能。

按生產(chǎn)的方式分類：

(1)一次能源：在自然界現(xiàn)成存在的能源。

一次能源又可分為和兩大類。稱之為可再生能源，;稱之為不可再生能源，

1)可再生能源：可以不斷得到補充，或能在較短周期內(nèi)再產(chǎn)生的能

源，如太陽能、生物質(zhì)能、風能、水能、潮汐能等

2)不可再生能源：經(jīng)過億萬年形成而短期內(nèi)無法恢復的能源，如煤、

石油、天然氣等。

(2)二次能源：由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成的能源，如電力、焦炭、煤氣、蒸汽等。

按能源的性質(zhì)：可分為燃料能源、非燃料能源。

按能源的利用技術(shù)：可分為常規(guī)能源、新能源。

3．我國在能源的開發(fā)利用方面，有以下幾種發(fā)電方式：水力發(fā)電、風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、核能

發(fā)電。

二、能量的轉(zhuǎn)化

1．能量守恒定律

能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移

到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．這個規(guī)律叫作能量守恒定律。

2．能量守恒定律的適用范圍

能量守恒定律是貫穿物理學的基本規(guī)律，是在各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。

3．能量守恒定律的表達式

(1)E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。

(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的減少量。

4．應用步驟

(1)明確研究對象及研究過程；

(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；

(3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少；

(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)。

5．能量轉(zhuǎn)化的方向性

能量轉(zhuǎn)化的方向性是指內(nèi)能和其他形式的能量（如電能、機械能等）的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。電能

和機械能可以無條件地（自發(fā)地）轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為電能和機械能。

6．能量的耗散與退降

(1)能量耗散的概念：燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用．電

池中的化學能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)

境的內(nèi)能，我們很難把這些散失的能量收集起來重新利用。

(2)能量的退降：能量耗散雖然不會導致能量總量的減少，卻會導致能量的可利用價值降低，從便于

利用的能源變成不便于利用的能源。

(3)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。

三、能源與社會發(fā)展

1．能源的重要性：能源是社會存在與發(fā)展永遠不可或缺的必需品，是國民經(jīng)濟運動的物質(zhì)基礎，

它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會的三大支柱。

2．能源和環(huán)境污染

(1)溫室效應：石油、煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，由于二氧化碳對長波的輻射有強烈

的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣，只準太陽光的熱輻射進來，不讓室內(nèi)長波熱輻射出去，使地球氣溫

上升，這種效應叫溫室效應。

溫室效應造成的影響：溫室效應使兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河

流，從而使耕地鹽堿化；溫室效應使全球降水量變化，影響氣候和植被變化，影響人體健康。

(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要原因是燃燒煤

炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑

物、酸化土壤。

(3)光化學煙霧：內(nèi)燃機工作時的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氮的氧化物和

碳氫化合物。這些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學煙霧。這些物質(zhì)有

毒，能引起人的多種疾病。

另外，常規(guī)能源燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是一種污染物。

3．預防環(huán)境污染

節(jié)約能源與開發(fā)新能源、嚴控排放、垃圾分類與處理是預防污染的重要措施。

一、考點一、能源與環(huán)境

1．能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎。下列能源屬于不可再生能源的是（）

A．太陽能B．水能C．風能D．煤炭

【答案】D

【詳解】根據(jù)可再生和不可再生能源的區(qū)別，可知煤、石油、天然氣等化石源是短時間內(nèi)不能再次產(chǎn)生

的，是不可再生能源；太陽能、水能、風能等在短時間內(nèi)可以再次產(chǎn)生，是可再生能源。

故選D。

2．當今世界的主要能源是（）

A．太陽能B．核能C．化石能源D．電能

【答案】C

【詳解】太陽能和核能是正在開發(fā)和利用的新能源，在人類當前利用的能源中，化石能源——煤、石油、

天然氣仍占絕對地位，而電能是二次能源，由化石能源或新能源轉(zhuǎn)化而來。

故選C。

3．石油、氧氣、地熱能、動能中屬于常規(guī)能源的是，屬于新能源的是。

【答案】石油地熱能

【詳解】[1][2]屬于常規(guī)能源的是石油，屬于新能源的是地熱能。

4．純電新能源汽車采用的是電力驅(qū)動，而不是燃油驅(qū)動。電力屬于能源，石油屬于能源。

（均選擇：A．“一次”B．“二次”）

【答案】BA

【詳解】[1][2]純電新能源汽車采用的是電力驅(qū)動，而不是燃油驅(qū)動。電力屬于二次能源，石油屬于一次

能源。

二、考點二、計算系統(tǒng)內(nèi)能改變、吸放熱及做功

2022年1月，國家能源局有關領導在《經(jīng)濟日報》刊發(fā)的《推動“十四五”可再生能源高質(zhì)量躍升發(fā)展》

一文中表示，我國要求到2030年非化石能源占一次能源消費比重達到25%左右，風電和太陽能發(fā)電總

裝機容量達到12億千瓦以上。2022年3月印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》對煤炭、天然氣等化

石能源消費和非化石能源消費等都提出了明確的目標。

5．下列能源屬于不可再生能源的是（）

A．水能B．風能C．太陽能D．天然氣

6．下列屬于常規(guī)能源的是（）

A．太陽能B．海洋能C．石油D．地熱能

7．下列涉及原子核裂變的鏈式反應的是（）

A．核電站發(fā)電B．煤的形成C．石油的形成D．太陽輻射能量

【答案】5．D6．C7．A

【解析】5．水能，風能，太陽能可以長期提供，循環(huán)再生，所以都是可再生能源，天然氣是化石能源

一旦消耗就難以再生，使用一點少一點，所以是不可再生能源，ABC錯誤，D正確。

故選D。

6．太陽能，海洋能，地熱能是新能源，煤、石油是常規(guī)能源，ABD錯誤，C正確。

故選C。

7．A．核電站是利用原子核的鏈式反應在可控制的核反應堆中進行的，A正確；

B．煤是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷復雜的化學反應和物理變化，形成的固體可燃礦物，B錯誤；

C．石油是經(jīng)歷復雜的化學反應和物理變化，形成的液體可燃礦物，C錯誤；

D．太陽能發(fā)電是通過太陽能輻射以熱傳遞的形式傳遞的熱量，D錯誤。

故選A。

8．在物理學中，有些物理量與物體的狀態(tài)有關，另一些物理量則與物理過程有關，下列物理量中與狀態(tài)有

關的是（）

A．勢能B．平均速度C．功D．熱量

【答案】A

【詳解】平均速度，功和熱量都是過程量，對應一段過程；而勢能是狀態(tài)量，對應某一時刻，與狀態(tài)有

關。

故選A。

9．如圖為一定質(zhì)量理想氣體的pT圖，該氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過程中（）

A．氣體一直對外做功，內(nèi)能一直增加B．氣體沒有對外做功，內(nèi)能一直增加

C．氣體沒有對外做功，內(nèi)能不變D．氣體一直對外做功，內(nèi)能不變

【答案】B

pV

【詳解】從a到b氣體溫度升高，可知氣體內(nèi)能增加；因從a到b的p—T圖像過原點，由C可知

T

從a到b氣體的體積不變，則從a到b氣體不對外做功，綜上所述氣體沒有對外做功，內(nèi)能一直增加。

故選B。

10．在研究大氣現(xiàn)象時可把溫度、壓強相同的一部分氣體叫做氣團，氣團可看做理想氣體，將其作為研究

對象。氣團直徑很大可達幾千米，其邊緣部分與外界的熱交換相對于整個氣團的內(nèi)能來說非常小，可

以忽略不計。氣團從地面上升到高空后溫度可降低到50℃，關于氣團上升過程中下列說法正確的是

（）

A．氣團體積膨脹，對外做功，內(nèi)能增加，壓強減小

B．氣團體積收縮，外界對氣團做功，內(nèi)能減少，壓強增大

C．氣團體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減少，壓強減小

D．氣團體積收縮，外界對氣團做功，內(nèi)能增加，壓強不變

【答案】C

【詳解】據(jù)熱力學第一定律UWQ可知，忽略氣團與外界的熱交換，則有

UW

氣團上升過程中，壓強隨高度升高而變小，氣團體積膨脹，對外做功，導致內(nèi)能大量減少而溫度降低。

故選C。

三、單選題

11．下列關于能源的說法正確的是（）

A．石油、天然氣、核能都是新能源

B．新能源是指新開采出來的能源

C．一次能源是直接來源于自然界的能源

D．石油是可再生能源

【答案】C

【詳解】A．煤炭、石油和天然氣是化石能源，屬于常規(guī)能源，不是新能源，A錯誤；

B．新能源是指新近才開始使用的能源，如核能、太陽能、地熱能、潮汐能，B錯誤；

C．一次能源是直接來自自然界而未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能源，如石油，C正確；

D．石油屬于化石能源，化石能源無法在短時間內(nèi)再生，所以這類能源被叫作不可再生能源，D錯誤；

故選C。

12．利用下列能源，可以減少溫室氣體排放的是（）

A．太陽能B．煤C．石油D．天然氣

【答案】A

【詳解】A．使用太陽能不污染環(huán)境，是一種清潔能源，故A正確；

B．煤燃燒時能夠產(chǎn)生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)，污染環(huán)境，故B錯誤；

C．石油燃燒時能夠產(chǎn)生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮等物質(zhì)，污染環(huán)境，故C錯誤；

D．天然氣燃燒時能生成大量的二氧化碳、一氧化碳，污染環(huán)境，故D錯誤。

故選A。

13．以下四種能源的使用中，對環(huán)境污染最大的是（）

A．風能

B．煤炭

C．太陽能

D．潮汐能

【答案】B

【詳解】煤炭燃燒時會產(chǎn)生大量的有害氣體和煙塵，對環(huán)境污染較大，而風能、太陽能、潮汐能屬于

清潔能源，污染較小。

故選B。

四、多選題

14．汽車的四沖程內(nèi)燃機利用奧托循環(huán)進行工作，一個循環(huán)氣體內(nèi)能變化量為0。該循環(huán)由兩個絕熱過程和

兩個等容過程組成。如圖e所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體（）

A．在狀態(tài)a和c時氣體分子的平均動能可能相等

B．在a→b過程中增加的內(nèi)能在數(shù)值上等于abefa所圍的“面積”

C．在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量

D．b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中減少的內(nèi)能

【答案】BC

【詳解】A.從c到d為絕熱膨脹，有Q=0，外界對氣體做功W0，根據(jù)熱力學第一定律，可知U0，

即內(nèi)能減少，溫度降低，狀態(tài)c的溫度高于狀態(tài)d的溫度；從d到a，體積不變，由查理定律

p

C

T

可知壓強減小，則溫度降低，則狀態(tài)d的溫度高于狀態(tài)a的溫度，可得狀態(tài)c的溫度高于狀態(tài)a的溫度，

狀態(tài)a和c時氣體分子的平均動能不可能相等，A錯誤；

B.在a→b過程中為絕熱壓縮，外界對氣體做功W0，Q0，根據(jù)熱力學第一定律可知

UW

即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，而p-V圖線與坐標軸所圍面積表示外界對氣體做功，所以在a→b

過程中增加的內(nèi)能在數(shù)值上等于abefa所圍的“面積”，B正確；

CD.從b→c過程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c→d系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對

系統(tǒng)做功，根據(jù)p-V圖像“面積”即為氣體做功大小，可知c到a過程氣體對外界做功，圖像中b→c→d→a

圍成的圖形的面積為氣體對外界做的功，整個過程氣體內(nèi)能變化為零，則

Q吸Q放0

即在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中減少的內(nèi)

能，C正確D錯誤。

故選BC。

二、能源

能源，是指能夠提供能量的資源。這里的能量通常指熱能、電能、光能、機械能、化學能等。

15．“能源分類相關圖”如圖甲所示，下列選項中全部符合圖中陰影部分的能源是（）

A．太陽能、風能B．水能、天然氣

C．地熱能、核能D．煤炭、潮汐能

16．關于能量和能源，下列表述中正確的是（）

A．只要能量守恒的過程就一定能自發(fā)進行

B．能量是守恒的，所以能源永不枯竭

C．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式

D．能量的可利用價值變小，能的總量會不斷減少

17．一輛新能源小汽車在水平路面上由靜止啟動，在前5s內(nèi)做勻加速直線運動，5s末達到額定功率，之后

保持額定功率運動，其v-t圖像如圖乙所示。已知汽車的質(zhì)量為m2.5103kg，汽車受到地面的阻力

為車重的0.1倍（g取10m/s2），則汽車在前5s內(nèi)的牽引力為N，汽車的最大速度為

m/s。

18．今年我國新能源純電車“800V高壓平臺”車型開始逐漸普及。相比原“400V”車型，不但補能時間大大縮

短，同時降低了整車的能耗，緩解了車主續(xù)航的焦慮。如圖丙是新能源汽車驅(qū)動電路簡單示意圖，高

壓動力電池總功率為P，內(nèi)阻不計，電池兩端電壓為U，整個回路的電阻為r。試用所學知識闡述當高

壓動力電池總功率P不變時，隨著動力電池兩端電壓U的提升，驅(qū)動系統(tǒng)上功率的變化情

況：。

19．質(zhì)量為1500kg的新能源汽車以10m/s的速度在水平面勻速直線前進，通過激光雷達和傳感器檢測到正

前方22m處有靜止障礙物時，系統(tǒng)立即自動控制汽車，首先使之做加速度大小為1m/s2的勻減速直線

運動，并向駕駛員發(fā)出警告。當汽車繼續(xù)前行至某處時自動觸發(fā)“緊急制動”，汽車切斷動力系統(tǒng)，同時

提供12000N的總阻力使其做勻減速直線運動，最終該汽車恰好沒有與障礙物發(fā)生碰撞。求：

（1）汽車在“緊急制動”過程的加速度大??；

（2）汽車在上述22m的運動全過程中的平均速度的大小。

【答案】15．A16．C17．7.5×1033018．由PUI可知，功率一定時，隨著動

2

力電池兩端電壓U的提高，電路中電流I將減小，根據(jù)焦耳定律可得電路上損耗的功率P損Ir將減小，

222

所以驅(qū)動系統(tǒng)的功率P驅(qū)PP損將增大。19．（1）8m/s；（2）m/s

3

【解析】15．A．太陽能、風能符合圖中陰影部分的能源，故A正確；

B．水能不是一次能源，故B錯誤；

C．核能不是來自太陽輻射的能源，故C錯誤；

D．潮汐能不是來自太陽輻射的能源，故D錯誤。

故選A。

16．A．自然界的宏觀熱現(xiàn)象的過程都有方向性，滿足能量守恒定律的物理過程不一定能自發(fā)進行，故

A錯誤；

BD．能量與能源不同，能量是守恒的，但隨著能量的耗散，能量可以利用的品質(zhì)會下降，則依然要節(jié)

約能源，故BD錯誤；

C．根據(jù)能量守恒定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，

故C正確；

故選C。

17．[1]汽車受到的阻力

f0.1mg0.12.510310N2.5103N

前5s內(nèi)，由圖可得a2m/s2，由牛頓第二定律

Ffma

解得

F7.5103N

[2]t5s末功率達到額定功率

PFv7.510310W7.5104W

當牽引力等于阻力時，汽車達最大速度，則最大速度

P

v30m/s

mf

18．由PUI可知，功率一定時，隨著動力電池兩端電壓U的提高，電路中電流I將減小，根據(jù)焦耳

2

定律可得電路上損耗的功率P損Ir將減小，所以驅(qū)動系統(tǒng)的功率P驅(qū)PP損將增大。

19．（1）由牛頓第二定律可得，“緊急制動”過程的加速度

f

a

2m

其中f12000N，m1500kg，代入解得

2

a28m/s；

（2）設觸發(fā)“緊急制動”時汽車的速度大小為v，其到障礙物的距離為x2，則有

v2

x2

2a2

2

已知“緊急制動”前的加速度為a11m/s，位移為

22

v0v

x1

2a1

且有

x1x2x

已知總位移x22m，v010m/s，解得

v8m/s，x14m

緊急制動前的時間為

v0v

t12s

a1

緊急制動后的時間為

v

t21s

a2

總時間為

tt1t23s

所以

x22