12.4能源與可持續(xù)發(fā)展題型1能量守恒定律1．能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。2．能量守恒定律是貫穿物理學(xué)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(dá)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。【例題精講】1．某新能源汽車，充滿電后電池可輸出50kW?h電能，常溫下不開(kāi)空調(diào)行駛，百公里電耗10kW?h，續(xù)航里程（充滿電后能持續(xù)運(yùn)行的最大距離）為500km。進(jìn)入冬季后，受低溫影響，實(shí)際可用電能減少20%，因行駛阻力增加和開(kāi)啟暖風(fēng)等，百公里電耗變成16kW?h。下列說(shuō)法正確的是（）A．冬季不開(kāi)暖風(fēng)，電池充滿電續(xù)航里程為500km B．冬季不開(kāi)暖風(fēng)，電池充滿電續(xù)航里程為400km C．冬季開(kāi)啟暖風(fēng)，電池充滿電續(xù)航里程為300km D．冬季開(kāi)啟暖風(fēng)，電池充滿電續(xù)航里程為250km2．下列哪個(gè)定律是能量守恒定律的具體體現(xiàn)（）A．庫(kù)侖定律 B．電阻定律 C．歐姆定律 D．楞次定律3．有一種太陽(yáng)帽，它的前面有一個(gè)小風(fēng)扇，一個(gè)小型的太陽(yáng)能電池板與它相接，對(duì)其供電。經(jīng)測(cè)量該電池能產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E＝0.6V，關(guān)于該電池的描述正確的是（）A．把該電池接入閉合電路后，電動(dòng)勢(shì)減小 B．單位時(shí)間內(nèi)可把0.6J的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能 C．該電池每通過(guò)1C電荷量能把0.6J的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能 D．該電池把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比一節(jié)7號(hào)電池的本領(lǐng)大4．新能源有著廣闊的發(fā)展前景，如圖所示為風(fēng)力發(fā)電的裝置，利用該裝置發(fā)電時(shí)，能將空氣動(dòng)能的50%轉(zhuǎn)化為電能，已知扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)平面的截面積為S，風(fēng)速為v，空氣的密度為ρ，當(dāng)風(fēng)垂直吹向扇葉時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．單位時(shí)間吹到扇葉的空氣的質(zhì)量為ρSv2 B．單位時(shí)間吹到扇葉的空氣的動(dòng)能為ρSv3 C．發(fā)電功率為14D．發(fā)電功率為15．如圖，是位于我國(guó)甘肅敦煌的超大型熔鹽塔式光熱發(fā)電站，有超過(guò)1.2萬(wàn)面、總面積達(dá)到140多萬(wàn)平方米的定日鏡圍繞在吸熱塔周圍，將太陽(yáng)能集中到中心的熔鹽塔加熱熔鹽。晚上無(wú)陽(yáng)光照射時(shí)，熔鹽繼續(xù)放熱保證24h不間斷地發(fā)電。日照時(shí)定日鏡所接受的太陽(yáng)能功率平均每平方米約為1.4kW，此電站全年日照時(shí)數(shù)約3000h，年發(fā)電量高達(dá)3.9×108kW?h。下列說(shuō)法正確的是（）A．該發(fā)電站發(fā)電功率可以到達(dá)千兆瓦級(jí)別 B．該發(fā)電站光能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為7% C．熔鹽的儲(chǔ)能大小僅由熔鹽升高的溫度和比熱容兩個(gè)因素決定 D．若新能源汽車1kW?h行駛7km，則該電站年發(fā)電能使新能源汽車行駛2.73×109km題型2能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程具有方向性。(1)能量的轉(zhuǎn)移具有方向性：如熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。(2)能量的轉(zhuǎn)化具有方向性：如電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化為內(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，我們很難把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用。2．能量耗散在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，散失到環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來(lái)重新利用，這種現(xiàn)象叫能量的耗散。能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性。3．能量的耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。這是能源危機(jī)的深層次的含義，也是自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源的根本原因?！纠}精講】1．關(guān)于能源、能量，下列說(shuō)法正確的是（）A．能量是守恒的，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī) B．能量利用過(guò)程中存在能量耗散，說(shuō)明能量在不斷減少 C．能量耗散說(shuō)明便于利用的能源最終會(huì)轉(zhuǎn)化為不便于利用的能源 D．能量守恒定律說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移不具有方向性2．市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子（如圖所示）。在陽(yáng)光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，能給炎熱的夏季帶來(lái)一絲涼意。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是（）A．太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能 B．太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能 C．電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能 D．機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能3．關(guān)于能量和能源，下列說(shuō)法正確的是（）A．人類在不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造 B．在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上有所減少 C．能量耗散反映了自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性 D．核聚變比核裂變的產(chǎn)能效率高，目前核電站中大多采用核聚變來(lái)發(fā)電4．關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法中正確的是（）A．摩擦生熱的過(guò)程在任何情況下都是不可逆的 B．空調(diào)既能制熱又能制冷說(shuō)明熱傳遞不存在方向性 C．永動(dòng)機(jī)不存在的原因是能量在某些特殊情況下是不守恒的 D．由于能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程符合守恒定律，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)5．在“嫦娥五號(hào)”衛(wèi)星的兩側(cè)裝有太陽(yáng)能電池板，為“嫦娥五號(hào)”衛(wèi)星的正常工作提供能量。下列說(shuō)法正確的是（）A．太陽(yáng)能可以轉(zhuǎn)化為電能 B．太陽(yáng)能不可以轉(zhuǎn)化為電能 C．太陽(yáng)能的利用，說(shuō)明能量可以消滅 D．太陽(yáng)能的利用，說(shuō)明能量可以創(chuàng)生題型3能源的分類與應(yīng)用能源與社會(huì)發(fā)展1．能源的分類(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然氣這類無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)再生的化石能源。(2)可再生能源：像水能、風(fēng)能這類在自然界可以再生的能源。2．能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用近年來(lái)，我國(guó)在能源開(kāi)發(fā)方面取得了很大成就，如太陽(yáng)能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電等。3．能源與社會(huì)發(fā)展(1)能源利用的三個(gè)時(shí)期：柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。(2)能源是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。4．煤炭和石油的燃燒對(duì)環(huán)境的危害(1)燃燒時(shí)增加了大氣中二氧化碳的含量，加劇了溫室效應(yīng)。(2)因?yàn)槊禾亢褪椭谐３：辛?，燃燒時(shí)形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度升高，形成“酸雨”。(3)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔?。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(xué)煙霧。5．能源的開(kāi)發(fā)與環(huán)境的關(guān)系(1)人類的生存與發(fā)展需要能源，能源的開(kāi)發(fā)與使用又會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。(2)一方面要大力提倡節(jié)能，另一方面要發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染程度低的清潔能源。【例題精講】1．2024年5月25日，我國(guó)第三代核電站“華龍一號(hào)”示范工程全面建成；2025年1月20日中國(guó)利用大型核實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”制成“人造太陽(yáng)”，實(shí)現(xiàn)1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，標(biāo)志核能源研究重大跨越。關(guān)于核能的利用，下列說(shuō)法正確的是（）A．核能是可再生能源 B．“華龍一號(hào)”是利用核聚變產(chǎn)生能量 C．核燃料中的鈾原子核由大量質(zhì)子和電子組成 D．中國(guó)“人造太陽(yáng)”——大型核實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”是通過(guò)核聚變釋放巨大的能量2．如圖所示是“風(fēng)光互補(bǔ)LED太陽(yáng)能路燈”，太陽(yáng)能路燈同時(shí)利用光能和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)照明，它的上端是風(fēng)力發(fā)電，中間是太陽(yáng)能電池板，下部是照明燈，最下端是蓄電池。下列說(shuō)法正確的是（）A．夜晚蓄電池放電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．風(fēng)力發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 C．太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能 D．太陽(yáng)能、風(fēng)能屬于不可再生能源3．能源（Energy﹣Source）亦稱能量資源或能源資源，是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，國(guó)家未來(lái)的命運(yùn)取決于對(duì)能源的掌控。能源的開(kāi)發(fā)和有效利用程度以及人均消費(fèi)量是生產(chǎn)技術(shù)和生活水平的重要標(biāo)志，下列能源為可再生能源的是（）A．石油 B．天然氣 C．風(fēng)能 D．煤炭4．如圖當(dāng)飛船在天空飛行時(shí)，太陽(yáng)能電池板展開(kāi)，飛船兩翼的太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能電池在太空領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)它分析正確的是（）A．電池板充電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．太陽(yáng)能電池板的能量轉(zhuǎn)化率為100% C．太陽(yáng)能電池板利用的太陽(yáng)能是可再生能源，但只能在太空中使用 D．某太陽(yáng)能電池板不接負(fù)載時(shí)的電壓是0.8V，其短路電流是0.04A，則內(nèi)阻為20Ω5．如圖所示，風(fēng)光互補(bǔ)環(huán)保路燈的主要構(gòu)件有：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，單品硅太陽(yáng)能板，額定電壓48V容量200A?h的儲(chǔ)能電池，功率60W的LED燈。已知該路燈平均每天照明10h；1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒可發(fā)電2.8度，排放二氧化碳2.6kg。則（）A．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的平方成正比 B．太陽(yáng)能板上接收到的輻射能全部轉(zhuǎn)換成電能 C．該路燈正常運(yùn)行6年，可減少二氧化碳排放量約1.2×106kg D．儲(chǔ)能電池充滿電后，即使連續(xù)一周無(wú)風(fēng)且陰雨，路燈也能正常工作課時(shí)精練一．選擇題（共8小題）1．下表是某共享電動(dòng)汽車的主要參數(shù)，根據(jù)信息，下列說(shuō)法正確的是（）空車質(zhì)量800kg電池能量50kW?h標(biāo)準(zhǔn)承載200kg最大續(xù)航（充滿電最大行駛路程）200km所受阻力與汽車總重比值（忽略空氣阻力）0.09A．工作時(shí)，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電池的化學(xué)能 B．電池充滿電時(shí)的電荷量為1.8×108C C．標(biāo)準(zhǔn)承載下，電動(dòng)汽車以72km/h的速度勻速行駛10min所用電能為2.4kW?h D．若標(biāo)準(zhǔn)承載下汽車以120km/h速度勻速行駛，汽車電動(dòng)機(jī)輸出功率不小于30kW2．如圖所示，風(fēng)光互補(bǔ)環(huán)保路燈的主要構(gòu)件有：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，單品硅太陽(yáng)能板，額定電壓48V容量200A?h的儲(chǔ)能電池，功率60W的LED燈。已知該路燈平均每天照明10h；1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒可發(fā)電2.8度，排放二氧化碳2.6kg。則（）A．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的平方成正比 B．太陽(yáng)能板上接收到的輻射能全部轉(zhuǎn)換成電能 C．該路燈正常運(yùn)行6年，可減少二氧化碳排放量約1.2×106kg D．儲(chǔ)能電池充滿電后，即使連續(xù)一周無(wú)風(fēng)且陰雨，路燈也能正常工作3．如圖所示，為福州市平潭島的一風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉片的半徑為l，若風(fēng)速恰好與葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所在圓面垂直。已知空氣密度為ρ，風(fēng)速為v，該風(fēng)速下發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為（）A．2Pπρl2vC．4Pπρl24．屏幕上有一面積較小的圓形光能接收器，離光能接收器正上方距離為d處有功率恒定的點(diǎn)光源S，光能接收器接收到的光能功率為P?，F(xiàn)在離接收器上方垂直距離為2d處增加一個(gè)與屏幕平行的足夠大平面鏡，不考慮光經(jīng)平面鏡反射及傳輸時(shí)的能量損失。放上平面鏡后，接收器接收到的光能功率為（）A．32P B．43P C．5．如圖所示為某潮汐發(fā)電站的簡(jiǎn)化原理圖，水壩下有通道，水流經(jīng)通道即可帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)工作。某次落潮后開(kāi)閘放水，經(jīng)時(shí)間t水壩內(nèi)外水面高度相同，此時(shí)關(guān)閉閘門。已知海灣的面積為S，開(kāi)閘放水時(shí)海灣內(nèi)外水面高度差為h，水的密度為ρ，重力加速度為g。若通過(guò)水輪發(fā)電機(jī)以后水的動(dòng)能忽略不計(jì)，水流減少的機(jī)械能有50%轉(zhuǎn)化為電能。在該次落潮開(kāi)閘放水過(guò)程中，水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率為（）A．ρSgh28t B．ρSgh24t6．一瀑布的水流量為1.5×103m3/s，水位落差約100m，若利用該瀑布水位落差發(fā)電，發(fā)電效率為70%，則發(fā)電功率約為（）A．109W B．107W C．105W D．103W7．氣候和環(huán)境惡化是現(xiàn)階段全人類面臨的共同問(wèn)題，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的碳排放迅猛增長(zhǎng)，對(duì)生命系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的威脅。為了減少二氧化碳排放量，需加快調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展新能源，促進(jìn)節(jié)能減排。將傳統(tǒng)路燈替換成使用風(fēng)能和太陽(yáng)能的風(fēng)光互補(bǔ)路燈是節(jié)能減排的一項(xiàng)重要措施，圖為某公司生產(chǎn)的風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈外形圖和電路原理圖。已知每燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤可以發(fā)電3000度（即3000kW?h），排放二氧化碳2.6噸，若將江西省內(nèi)的10萬(wàn)只傳統(tǒng)路燈替換成該風(fēng)光互補(bǔ)路燈，結(jié)合生活常識(shí)、按每只傳統(tǒng)路燈功率200W估算，這一措施一天可減少二氧化碳的排放量最接近（）A．2×104kg B．8×104kg C．2×105kg D．1×106kg8．能源（Energy﹣Source）亦稱能量資源或能源資源，是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，國(guó)家未來(lái)的命運(yùn)取決于對(duì)能源的掌控。能源的開(kāi)發(fā)和有效利用程度以及人均消費(fèi)量是生產(chǎn)技術(shù)和生活水平的重要標(biāo)志，下列能源為可再生能源的是（）A．石油 B．天然氣 C．風(fēng)能 D．煤炭二．多選題（共3小題）（多選）9．把一枚具有強(qiáng)磁性的小圓柱體從固定的豎直鋁管上端放入管口。下落過(guò)程中，小圓柱體不與鋁管接觸。小圓柱形磁體下落過(guò)程中（）A．加速度小于重力加速度 B．加速度大于重力加速度 C．減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能 D．減少的重力勢(shì)能大于增加的動(dòng)能（多選）10．某型號(hào)汽車以72km/h的速度勻速行駛過(guò)程，其發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)與變速系統(tǒng)內(nèi)的功率分配關(guān)系如圖所示。該汽車行駛時(shí)所受空氣阻力與瞬時(shí)速率的關(guān)系為f1＝kv2（k為恒量），且所受路面的阻力f大小恒定。當(dāng)該汽車以速度72km/h勻速行駛過(guò)程，汽車受到的驅(qū)動(dòng)力大小為F，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為η，則（）A．F＝250N B．F＝500N C．η≈15% D．η≈25%（多選）11．我國(guó)新能源汽車發(fā)展迅猛，從技術(shù)到生產(chǎn)都已經(jīng)走在世界最前列。現(xiàn)在新能源汽車普遍存在“動(dòng)能回收”功能，汽車的發(fā)電機(jī)與電池連接，汽車減速時(shí)就可自動(dòng)連通發(fā)電機(jī)向電池充電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存起來(lái)。“動(dòng)能回收”功能有兩種——制動(dòng)回收和滑行回收，兩者的不同之處就在于是否踩下了制動(dòng)踏板。通過(guò)踩制動(dòng)踏板實(shí)現(xiàn)能量回收的就是制動(dòng)回收，靠松油門滑行實(shí)現(xiàn)能量回收則叫做滑行回收。當(dāng)汽車在粗糙的水平路面上運(yùn)動(dòng)，第一次關(guān)閉“動(dòng)能回收”功能，讓汽車自由滑行，其動(dòng)能一位移關(guān)系如圖中Ⅰ所示；第二次啟動(dòng)“動(dòng)能回收”功能，其動(dòng)能一位移關(guān)系如圖中Ⅱ所示，并且在0～5m內(nèi)為制動(dòng)回收，5～8m為滑行回收。設(shè)汽車受到的阻力恒定，回收的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為50%，則（）A．汽車受到的阻力大小為3×104N B．制動(dòng)回收階段回收的動(dòng)能為6.5×105J C．滑行回收階段回收的動(dòng)能為1×105J D．啟動(dòng)“動(dòng)能回收”功能后，轉(zhuǎn)化的電能為3.3×105J三．解答題（共3小題）12．風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)開(kāi)發(fā)利用清潔能源的重要形式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是利用空氣的動(dòng)能發(fā)電的裝置。某地區(qū)的風(fēng)速為v，空氣的密度為ρ，若使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)通過(guò)的截面積為S。（1）求單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣的動(dòng)能Ek；（2）若風(fēng)