12.4能源与可持续发展（练习）（解析版）

12.4\o"4.能源与可持续发展"能源与可持续发展（知识解读+练习）（解析版）•知识点1能量守恒定律、能量转移或转化的方向性•知识点2能源的分类与应用•知识点3能源与社会发展•作业巩固训练知识点1能量守恒定律、能量转移或转化的方向性知识点1能量守恒定律、能量转移或转化的方向性1、能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2、能量守恒定律意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。3、能量守恒定律作用：指明了永动机的不可能被创造出来；发现各种自然现象之间能量的相互联系与转化。4、能量守恒的表达式（1）初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和：E初＝E末。（2）某些能量的增加量等于其他能量的减少量：ΔE增＝ΔE减。5、能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。6、能量转移或转化的方向性：能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动发生、全额发生的。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。7、对能量耗散和品质降低的理解（1）能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。（2）内能比机械能、电能等能量低级，是一种低品质的能量。能量耗散只是导致了能量品质降低，并不会导致能量总量减少，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。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。能量的耗散表明，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降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。能量的耗散导致可利用能源减少。【典例1-1】能量守恒定律是人类认识自然的最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是（）A．不同形式的能量之间可以相互转化B．能量可以被创生，也可以被消灭C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源D．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机【答案】A【详解】A．不同形式的能量之间可以相互转化，总量不变。故A正确；B．能量不能被创生，也不能被消灭。故B错误；CD．虽然能量是守恒的，总量不变，但是我们可以利用的能源是有限的，故一定要节约能源防止能源危机。故CD错误。故选A。【典例1-2】（多选）下面设想符合能量守恒定律的是（）A．利用核动力，驾驶地球离开太阳系B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械【答案】ABC【详解】A．利用核动力，核能提供能量，驾驶地球离开太阳系，符合能量守恒定律，故A正确；BC．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故BC正确；D．利用永久磁铁和软铁的相互作用，制成一台机器，不消耗能量而不停地转动，不符合能量守恒定律，故D错误。故选ABC。【变式1-1】下列关于能量守恒定律的认识不正确的是（）A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，不可能制成D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了【答案】D【详解】A．根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确，不符合题意；B．某个物体的能量减少，根据能量守恒定律可知，必然有其他物体的能量增加，B正确，不符合题意；C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确，不符合题意；D．石子在碰撞中机械能转化为了内能，能量并没有消失，D错误，符合题意；故选D。【变式1-2】（多选）关于能量守恒定律与能源，下面说法正确的是（）A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能B．电动自行车和燃油汽车将汽油的化学能转化为机械能C．只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律D．生物质能属于可再生能源，风能属于不可再生能源【答案】AC【详解】A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能，故A正确；B．电动自行车是将蓄电池中储存的电能转化为机械能，燃油汽车是将汽油的化学能转化为机械能，故B错误；C．能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律，故C正确；D．生物质能和风能都属于可再生能源，故D错误。故选AC。知识点2能源的分类与应用知识点2能源的分类与应用 1、化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。不可再生能源包括煤炭、石油和天然气等。2、能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。可再生能源包括水能、风能、潮汐能、太阳能发电、风能发电、核能发电等能源。3、能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。4、可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。【典例2-1】节约用电不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。下列做法属于节约用电的是（）A．让长期不用的家电处于待机状态B．将热的食物直接放进冰箱C．夏季将空调温度设置尽量调低D．尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间【答案】D【详解】A．让长期不用的家电处于待机状态，这种做法属于浪费电能，故A错误；B．将热的食物直接放进冰箱，这种做法属于浪费电能，故B错误；C．夏季将空调温度设置尽量调低，这种做法属于浪费电能，故C错误；D．尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间，这种做法属于节约用电，故D正确。故选D。【典例2-2】（多选）下列能源中属于可再生能源的是（）A．风能 B．潮汐能 C．天然气 D．水能【答案】ABD【详解】天然气是不可再生能源，风能、潮汐能和水能在自然界可以再生，为可再生能源。故选ABD。【变式2-1】关于能源的利用，下列说法不正确的是（）A．因为自然界的能量是守恒的，所以不需要节约能源B．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于其周围农村的环境温度C．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应D．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的【答案】A【详解】A．自然界中的能量是守恒的，但是能量的转化与转移是有方向性的，我们需要消耗能源才可以获取我们需要的能量，所以节约能源刻不容缓，故A符合题意；B．城市人口密集、车辆、工厂等集中，消耗的能量较多，且有相当一部分能量消散到空中变为内能，因此，一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，故B不符合题意；C．煤炭和石油产品燃烧会释放大量内能，同时会释放二氧化碳、硫化合物等，因此会造成空气污染和温室效应，故C不符合题意；D．能量的转化和转移具有方向性，有些能量耗散到空中无法再次回收和利用，因此，能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，故D不符合题意。故选A。【典例2-2】（多选）如图所示是新型“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法正确的是（）A．照明灯利用的风能属于不可再生能源B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能C．小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能D．太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能【答案】BD【详解】A．照明灯利用的风能属于可再生能源，故A错误；B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能，故B正确；C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故C错误；D．太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能，故D正确。故选BD。知识点3\o"点电荷的电场"能源与社会发展知识点3\o"点电荷的电场"能源与社会发展1、随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。2、可持续发展（1）可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。（2）需要做好两方面：①要大力提倡节能；②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。3、要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式；一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。【典例3-1】杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面，某时间内该地的风速为6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取，则下列说法正确的是（）A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52kJC．此风力发电机的发电功率约为155.52kWD．若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍【答案】B【详解】AB．单位时间内风力发电机叶片圆面的气流的体积为每秒流经涡轮机空气的动能约为故A错误，B正确；C．依题意，风力发动机产生的电功率约为故C错误；D．风力发动机产生的电功率若风速变为原来2倍，则电功率将变为8倍，故D错误。故选B。【典例3-2】（多选）二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温。大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法能成立的是（）A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高B．经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能【答案】ABC【详解】A．地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律。由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，A正确；B．由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，B正确；C．由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，C正确；D．生活用电和工业用电是电能向其他形式的能的转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，D错误。故选ABC。【变式3-1】风能是一种洁净、无污染、可再生的能源，临海括苍山山顶上建有全国第四大风力发电场，如图所示。已知该地区的风速约为6m/s，空气密度约，已知风力发电机的风叶叶片长度为40m，且风能的30％可转化为电能，则一台发电机发电功率约为（）A． B．C． D．【答案】B【详解】在1s内经叶片的空气体积为空气质量空气的动能风能的30％可转化为电能，则有1s的电能，就是发电功率，约为。故选B。【变式3-2】（多选）下面关于能源的说法中正确的是（）A．一切能源都是取之不尽、用之不竭的B．能源危机是指非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源D．存在于自然界中的太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等能源被称作“新能源”【答案】BCD【详解】A．煤、石油、天然气等不可再生能源是有限的，在短时间内不可再生，不是取之不尽的，故A错误；B．能源危机是指非再生能源资源枯竭可能带来的危机，故B正确；CD．大量消耗常规能源会使环境恶化，因此提倡开发利用太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的新能源，故CD正确。故选BCD。1．“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（）A．太阳能是不可再生能源B．太阳能主要以热传导的方式传到地球C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明自然界的能量总量是可变的【答案】C【详解】A．太阳能是可再生能源，故A错误；B．太阳能主要以热辐射的方式传到地球，故B错误；C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置，故C正确；D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，并不是创造了能量，而是能量发生了转化，总的能量仍然守恒，故D错误。故选C。2．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多，从能量转化的角度分析，下列电器与电动自行车属于同一类型的是（

）A．电暖器 B．电水壶 C．洗衣机【答案】C【详解】电动自行车是将电能转化为机械能，选项中电暖器和电水壶是将电能转化为内能，洗衣机是将电能转化为机械能。故选C。3．下列对能量守恒定律的认识正确的是（）A．黄河的水能是取之不尽，用之不竭的B．化石能源是凭空产生的C．一块石头从嵩山上滚下后静止，说明能量会凭空消失D．在自然界中，能量的总量保持不变【答案】D【详解】由能量守恒定律可知，能量不会凭空消失也不会凭空产生，能量只会从一个物体转移到另一个物体，整个自然界中的能量的总量保持不变。所以ABC错误，D正确。故选D。4．风力发电是指把风的动能转化为电能。某地有一风力发电机，它的叶片长度为。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将的空气动能转化为电能。则该风力发电机发电的功率约为（）A． B． C． D．【答案】A【详解】在t时间内空气动能为则此风力发电机发电的功率约为故选A。5．关于能量的转化，下列说法中不正确的是（）A．水力发电机把机械能转化为电能B．燃气热水器把化学能转化为水的内能C．洗衣机把电能转化为机械能D．太阳能电池把太阳能转化为内能【答案】D【详解】A．水力发电机把机械能转化为电能，选项A正确，不符合题意；B．燃气热水器把化学能转化为水的内能，选项B正确，不符合题意；C．洗衣机把电能转化为机械能，选项C正确，不符合题意；D．太阳能电池把太阳能转化为电能，选项D错误，符合题意。故选D。6．2022年7月13日，我国用长征三号乙型运载火箭成功将天链二号03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。如图所示，卫星两翼的太阳能电池板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【答案】C【详解】A．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；B．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；C．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；D．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。故选C。7．2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（）A．水能是不可再生能源B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元【答案】D【详解】A．水能是可再生能源，故A错误；B．虽然该电站产生的电能小于消耗的电能，消耗4度谷电能换3度峰电，但峰电价格0.50元，谷电价格0.30元，则可知每4度谷电能换3度峰电产生的直接经济效益为元，因此从经济的角度是有意义的，故B错误；C．电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误；D．电站每年可生产清洁电能则需要消耗的电能为直接产生的经济效益为故D正确。故选D。8．风能是可再生资源中发展最快的清洁能源，我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机，来提高风力发电的效率。具体风速对应的功率如下图所示，设下图中风力发电机每片叶片长度为30米，所处地域全天风速均为，空气的密度为，圆周率取3.14，下列选项不正确的是（）A．变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为B．用变桨距控制风力发电机替换定浆距控制发电机后，每台风力发电机每天能多发电C．无论采用变桨距控制风力发电机还是定浆距控制风力发电机，每台发电机每秒钟转化的空气动能均为D．若煤的热值为，那么一台变浆距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45千克煤所产生的内能相当【答案】D【详解】A．设在时间t内发电机获得的风能为，则由于所以故变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率故A不符合题意；B．由图像可知，当风速为7.5m/s时，变桨距控制风力发电机的功率为400kw，定桨距控制风力发电机的功率为100kw，所以每台风力发电机每天能多发电故B不符合题意；C．由A知道空气的动能为，所以每台发电机每秒钟转化的空气动能均为故C不符合题意；D．完全燃烧45kg煤所产生的内能一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能为故D符合题意。故选D。9．（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（）A．太阳能为可再生能源B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107JD．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时【答案】BCD【详解】A．太阳能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确，不符题意；B．电池板的光电转化效率25%只是表示太阳能有25%能转化成电能，并不代表能量不守恒，故B错误，符合题意；C．由题意可知晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能故C错误，符合题意；D．晴天时的一天，日照按8h计算，一块电池板产生的电能为能让十盏60W的白炽灯工作的时间故D错误，符合题意。本题选不正确的，故选BCD。10．（多选）图是某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成直径为40m的圆面。若该地区的风速是5.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则（）A．每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为B．每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为C．此风力发电机发电的功率约为D．此风力发电机发电的功率约为【答案】AC【详解】AB．每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为故A正确，B错误；CD．每秒内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能约为依题意可知此风力发电机的功率约为故C正确，D错误。故选AC。11．（多选）下列家用电器工作时，主要利用电流热效应的是（

）A．节能灯 B．电饭锅C．电冰箱 D．电熨斗【答案】BD【详解】A．节能灯把电能转化成光能，不符合题意，A错误；B．电饭煲是利用了电流的热效应，电能转化成内能，B正确；C．电冰箱是利用电动机带动工作的，应用了电流的磁效应，C错误；D．电熨斗是利用了电流的热效应，电能转化成内能，D正确。故选BD。12．细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（）A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少【答案】AD【详解】A．小球在竖直平