12-4-能源與可持續(xù)發(fā)展-(2019人教版必修第三冊)(解析版)

12.4能源與可持續(xù)發(fā)展考點精講考點1：能量守恒定律的理解和應用1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化（1）各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內(nèi)能，還有電磁能、化學能、原子能等。（2）各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，車輪溫度升高，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2．能量守恒的兩種表達（1）某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。（2）某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。3．應用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟（1）首先分析研究對象的受力情況、做功情況、能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的具體形式。（2）分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式。（3）依據(jù)ΔE減＝ΔE增列式求解。【例1】（多選）行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述不同現(xiàn)象所包含的相同物理過程是（）A．物體克服阻力做功B．物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量【答案】AD【解析】行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下來是由于受到摩擦力的緣故，即克服摩擦力做功，該過程中把機械能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光焰，即其與空氣摩擦生熱，即把機械能轉(zhuǎn)化為了光能和熱能，其過程也是克服阻力做功；降落傘在空中勻速下降，該過程中，其動能不變，重力勢能減小，故機械能減小，即減小的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也是克服阻力做功；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流，該過程是電磁感應現(xiàn)象，即將機械能轉(zhuǎn)化為電能，也是克服阻力做功的過程．據(jù)上面的分析不難看出，上述四個過程中均是克服阻力做功，均是消耗了機械能，即將機械能或轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，或轉(zhuǎn)化為光能，或轉(zhuǎn)化為電能，即是把機械能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程．故選AD．【例2】如圖所示是具有更高平臺的消防車，具有一定質(zhì)量的伸縮臂能夠在5min內(nèi)使承載4人的登高平臺（人連同平臺的總質(zhì)量為400kg）上升60m到達滅火位置，此后，在登高平臺上的消防員用水炮滅火，已知水炮的出水量為3m3/min，水離開炮口時的速率為20m/s，則用于（）A．水炮工作的發(fā)動機輸出功率為1×104WB．水炮工作的發(fā)動機輸出功率為4×104WC．水炮工作的發(fā)動機輸出功率為2.4×106WD．伸縮臂抬升登高平臺的發(fā)動機輸出功率約為800w【答案】B【解析】水炮發(fā)動機做的功為水增加的動能與重力勢能之和，伸縮臂在抬升等高平臺的同時也將本身也抬高了，計算做功時，需要計算這部分功，結(jié)合根據(jù)公式分析．伸縮臂將人與平臺抬高60m，用時5min，同時伸縮臂也有質(zhì)量，設(shè)為M，則其輸出功率為，D錯誤；水炮工作的發(fā)動機首先將水運至60m高的平臺，然后給水20m/s的速度，即做的功等于水增加的動能與重力勢能之和，每秒射出水的質(zhì)量為，故，功率為，B正確AC錯誤．【技巧與方法】利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點注意1能量既可通過做功的方式實現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉(zhuǎn)移。2能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。利用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變化，分析時避免出現(xiàn)遺漏?！踞槍τ柧殹俊咀兪?】關(guān)于能量轉(zhuǎn)化有下列說法：①太陽能熱水器把太陽能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能②電熱水器把電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能③燃氣熱水器把電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能④空調(diào)把空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能其中正確的是（）A．①② B．①③ C．②③ D．①④【答案】A【解析】①太陽能熱水器使水溫度最高，把太陽能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故①正確；②熱水器使水溫度最高，把電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故②正確；③燃氣熱水器把燃氣的化學能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故③錯誤；④空調(diào)消耗電能，使得內(nèi)外空氣的內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)移，故④錯誤；故選A．【變式2】為了節(jié)能減排，我國大力發(fā)展新能源汽車。如圖所示電源正在給電動汽車中的鋰電池充電，下列說法正確的是（）A．充電時電能全部轉(zhuǎn)化為汽車的機械能B．充電時電能全部轉(zhuǎn)化為鋰電池的化學能C．汽車加速運動時鋰電池減少的化學能部分轉(zhuǎn)化為汽車動能D．汽車勻速運動時鋰電池減少的化學能全部轉(zhuǎn)化為汽車動能【答案】C【解析】AB．充電時電能轉(zhuǎn)化為鋰電池的化學能，但不是全部轉(zhuǎn)化，選項AB錯誤；C．汽車加速運動時鋰電池減少的化學能部分轉(zhuǎn)化為汽車動能，部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，選項C正確；D．汽車勻速運動時動能不變，鋰電池減少的化學能全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，選項D錯誤。故選C?！咀兪?】如圖，某地有一風力發(fā)電機，它的葉片轉(zhuǎn)動時可形成半徑為20m的圓面。某時間內(nèi)該地區(qū)的風速是6.0m/s，風向恰好跟葉片轉(zhuǎn)動的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2kg/m3，假如這個風力發(fā)電機能將此圓內(nèi)10%的空氣動能轉(zhuǎn)化為電能，則此風力發(fā)電機發(fā)電的功率約為（）A．2.7kW B．16.3kW C．27kW D．163kW【答案】B【解析】依題意，空氣把動能轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)能量守恒定律有又因為兩式聯(lián)立，代入題中相關(guān)數(shù)據(jù)求得此風力發(fā)電機發(fā)電的功率故選B。考點2：能源和可持續(xù)發(fā)展如何正確理解能量耗散和品質(zhì)降低（1）各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅(qū)動機器做功了。（2）從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質(zhì)的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。（3）能量耗散導致可利用能源減少，所以要節(jié)約能源。2．能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點舉例按形式或轉(zhuǎn)換特點分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能二次能源由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地熱能、海洋能、沼氣、風能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用水能、風能、生物質(zhì)能、地熱能不可再生能源短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風能、水能污染能源會嚴重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)【例3】關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是（）A．自然界的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，其總量在不斷增加B．自然界的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，其總量在不斷減少C．由于自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用能源有限，故必須節(jié)約能源【答案】D【解析】AB．據(jù)能量守恒定律知，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不可能憑空消失，只能從一種物體轉(zhuǎn)移到另種物體，另一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中能量的總量保持不變，故AB錯誤；CD．雖然能量守恒，但存在能量耗散現(xiàn)象，無法把消耗的內(nèi)能重新收集利用，所以必須節(jié)約能源，故C錯誤，D正確。故選D?！纠?】抽水蓄能電站是利用用電低谷期的多余清潔能源進行抽水，在用電高峰期的時候代替部分火力發(fā)電。浙江是抽水蓄能電站已建和在建較多的省份，其中麗水縉云的抽水蓄能電站預計2026年全部投產(chǎn)發(fā)電，該電站設(shè)計年抽水電量24億千瓦時，設(shè)計年發(fā)電量為18億千瓦時，大大減少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放，具有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，被稱為“超級綠色蓄電池”。根據(jù)發(fā)改委提供的數(shù)據(jù)為火電廠平均每千瓦時供電耗煤約為320g標準煤，而每噸標準煤產(chǎn)生的二氧化碳為2620kg，則該蓄電站建成后每年可減少二氧化碳的排放量約為（）A．15萬噸 B．150萬噸 C．20萬噸 D．200萬噸【答案】B【解析】年發(fā)電量為18億千瓦時需耗煤則每年可減少二氧化碳的排放量為故選B?！炯记膳c方法】能量耗散不僅遵循能量守恒定律，而且從能量的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性?！踞槍τ柧殹俊咀兪?】關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是（）A．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加B．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量會不斷減少C．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性．且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源【答案】D【解析】能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總量是守恒的，故選項A、B錯誤；能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，但我們要注意節(jié)約能源，選項C錯誤，D正確．思路分析：能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總量是守恒的，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，但我們要注意節(jié)約能源，試題點評：本題考查了對能量守恒定律得理解以及培養(yǎng)節(jié)能意識【變式2】利用能源的過程實質(zhì)上是（）A．能量的消失過程B．能量的創(chuàng)造過程C．能量不守恒的過程D．能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移并且耗散的過程【答案】D【解析】能量是不能被創(chuàng)造和消失的，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體上轉(zhuǎn)移到另一個物體上，能量的利用過程實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程。故選D?！咀兪?】下列有關(guān)電能開發(fā)與利用的說法正確的是（）A．我國以火力發(fā)電為主，是因為火力發(fā)電無污染B．利用太陽能發(fā)電可以做到干凈、不產(chǎn)生公害C．電能的轉(zhuǎn)換效率明顯低于其他能源D．核能發(fā)電的優(yōu)點是低成本、零污染【答案】B【解析】A．火力發(fā)電會產(chǎn)生較為嚴重的大氣污染，而且會產(chǎn)生很多廢棄物，我國正逐漸取消這種發(fā)電方式，故A錯誤；B．利用太陽能發(fā)電可以做到干凈、不產(chǎn)生公害，故B正確；C．目前人類主要利用電能就是因為電能的轉(zhuǎn)換效率高于其他能源，故C錯誤；D．核能發(fā)電會產(chǎn)生高低階放射性核廢料，若處理不當，會造成重大的核污染事故。顯然，其優(yōu)點并不是零污染，故D錯誤。故選B?！咀兪?】如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時開閘，水由通道進入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點時關(guān)閉閘門（如圖甲），落潮時，開閘放水發(fā)電（如圖乙）。設(shè)海灣水庫面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電機的平均能量轉(zhuǎn)化效率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為（ρ海水＝1.0×103kg/m3，g取10m/s2）（）A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW【答案】B【解析】利用潮汐發(fā)電，就是水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，水能轉(zhuǎn)化電能的效率是10%，一次漲潮，退潮后水壩內(nèi)水的勢能增加W水=G△h=mg△h=ρ水Vg△h=ρ水Shg△h=ρ水Sgh△h△h為水的重心下降的高度，即△h=1.5m則水的勢能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躓電=W水×10%=ρ水Sgh△h×10%=1.0×103kg/m3×5.0×108m2×10N/kg×3m×（1.5m）×0.1J=2.25×1012J每天2次漲潮，則該電站一天能發(fā)電4.5×1012J，所以每天的平均功率為P==5.2×104kW故ACD錯誤，B正確。故選B?！蚩键c一能量守恒定律的理解和應用1．有人設(shè)想在夏天用冰箱來降低房間內(nèi)的溫度，他的辦法是：關(guān)好房間的門窗，然后打開冰箱的所有門讓冰箱運轉(zhuǎn)，則開機后，室內(nèi)的溫度將()A．升高B．保持不變C．開機時降低，停機后又升高D．開機時升高，停機后降低【解析】A冰箱壓縮機將冰箱內(nèi)部的熱量通過消耗電能轉(zhuǎn)移到冰箱外部來，但由于和室外沒有熱交換，故熱量仍在室內(nèi)，并且，壓縮機工作時其電路中也會因為有電阻而產(chǎn)生熱量，即產(chǎn)生的熱量大于制冷量，故室內(nèi)溫度不降反升，故A正確。2．(多選)關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源B．人類在不斷地開發(fā)新能源，所以能量可以被創(chuàng)造C．氫能源是清潔能源D．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式【解析】CD自然界的能量守恒，但能源需要節(jié)約，故A錯誤；為了提高生活質(zhì)量，人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，但能量不能被創(chuàng)造，也不會消失，故B錯誤；氫燃燒的產(chǎn)物是水，所以氫能源是清潔能源，C正確；能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，故D正確。3．從能量的轉(zhuǎn)化與守恒的角度理解，太陽能草坪節(jié)能燈()A．創(chuàng)造了電能B．草坪節(jié)能燈白天儲存太陽能，晚上再把太陽能釋放C．創(chuàng)造了太陽能D．把太陽能轉(zhuǎn)化成了電能，電能再轉(zhuǎn)化為光能【解析】D根據(jù)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)移的過程中其總量不變。草坪節(jié)能燈把太陽能轉(zhuǎn)化成了電能，電能又轉(zhuǎn)化為光能，故D正確，A、B、C錯誤。4．(多選)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法，正確的是()A．能量在轉(zhuǎn)化過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用B．各種形式的能量在轉(zhuǎn)化時，總能量是不變的C．在能源的利用過程中，能量的總量并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成了不便于利用的D．各種能量在不轉(zhuǎn)化時是守恒的，但在轉(zhuǎn)化時是不守恒的【解析】ABC根據(jù)能量守恒定律可知，不論在能量的轉(zhuǎn)化還是在能量的轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量都是不變的。由能量耗散知，在能量轉(zhuǎn)化的過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的內(nèi)能，而我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這表明，在能源的利用過程中，能量的總量并未減少，但是在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的。故選項A、B、C正確，D錯誤。5．如圖所示，一個粗細均勻的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內(nèi)液體的總長度為4h，先拿去蓋板，液體開始運動。由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運動，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為()A．eq\f(1,16)mgh B．eq\f(1,8)mghC．eq\f(1,4)mgh D．eq\f(1,2)mgh【解析】A去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流動，最終兩側(cè)液面相平，液體的重力勢能減少，減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)eq\f(1,2)h的液柱移到左側(cè)管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱減少的重力勢能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確。6．能量守恒定律的建立是人類認識自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一。下列說法正確的是()A．因為能量守恒，所以不需要節(jié)約能源B．因為能量不會消失，所以不可能有能源危機C．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化D．能量可以被消滅，也可以被創(chuàng)生【解析】C自然界的總能量是守恒的，能量既不能被消滅，又不能被創(chuàng)生，但隨著能量耗散，能量可以利用的品質(zhì)會降低，可利用的能源會減少，所以會有能源危機，我們要節(jié)約能源，C正確。7．如圖所示是一種太陽能草坪節(jié)能燈，太陽能電池板供一只“10V9W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m2，平均1小時得到的太陽輻射能為4×105J，太陽光平均一天按8小時計算，恰好可以供電子節(jié)能燈工作10小時。問：(結(jié)果保留整數(shù))（1）太陽能節(jié)能燈的能量轉(zhuǎn)化情況；（2）太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率大約是多少？（3）太陽能節(jié)能燈利用太陽能的效率大約是多少？【解析】(1)能量轉(zhuǎn)化：太陽能→電能→光能(熱能)。(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率：P＝eq\f(4×105,0.3×1×3600)W≈370W。(3)節(jié)能燈利用太陽能的效率η＝eq\f(9×10×3600,4×105×8)×100%＝10%。◎考點二能源和可持續(xù)發(fā)展8．關(guān)于能源的利用，下列說法不正確的是()A．因為自然界的能量是守恒的，所以不需要節(jié)約能源B．一座城市的能量耗散使其環(huán)境溫度略高于其周圍農(nóng)村的環(huán)境溫度C．煤炭和石油產(chǎn)品燃燒會造成空氣污染和溫室效應D．能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的【解析】A自然界的能量是守恒的，但能量在利用過程中，可利用的品質(zhì)在逐漸降低，因此，必須節(jié)約能源，A錯誤，D正確；城市工業(yè)、交通的急劇發(fā)展使得城市過多地接收了耗散的能量，使城市的環(huán)境溫度升高，B正確；由常識可知C正確，故A符合題意。9．(多選)下列對能量耗散理解正確的是()A．能量耗散說明能量在不斷減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀自發(fā)過程具有方向性【解析】BD在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能，無法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散．能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒有減少，也沒有消失，它從能量角度反映出自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自發(fā)過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確．10．下列說法正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，節(jié)能燈利用太陽能的效率能達到100%B．太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的D．有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產(chǎn)生【解析】CA的說法雖然沒有違背能量守恒定律，但是從能量耗散的角度可知自然界中的自發(fā)變化過程具有方向性，A錯誤；太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極少的一部分，使萬物生長，但輻射到宇宙空間的能量也沒有消失，而是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，B錯誤；馬和其他動物，包括人，要運動，必須消耗能量，C正確；所謂“全自動”手表，內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，一般是一個擺錘，當人戴著手表活動時，使擺錘不停擺動，給游絲彈簧補