人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展学案

这是一份人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展学案，共20页。

知识点一 能量守恒定律
[观图助学]
(1)一个叫丹尼斯·李(DennisLee)的美国人在《美国今日》《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机。
你认为这种发电机能造出来吗？
(2)如图所示，是自制水轮机。能量的转化是如何实现的？遵循什么规律呢？能量会被永久地利用吗？
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另一种形式，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。
[思考判断]
(1)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。(√)
(2)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。(√)
(3)技术足够发达后，永动机就可以制成。(×)
(4)能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。(√)
知识点二 能量转移或转化的方向性
[观图助学]
各种形式的能量都可以互相转化，你能说出下列现象(如图所示)中，能量是如何转化的吗？
1.能量转化：自然界中存在着各种不同形式的能量，并且各种形式的能量是可以相互转化的，但在大多数情况下，各种形式的能量最终都转化为内能。
2.能量转化的方向：物体的机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能而使物体恢复原来的机械运动。
3.能量的耗散：燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为热能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的了。
[思考判断]
(1)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质降低。(×)
(2)能量耗散表明能量正在逐渐消失。(×)
(3)能量不能创造，不能再生，能量只能进行转化或转移，但能量间的转化或转移具有方向性。(√)
(4)能量是守恒的，但能量的利用过程是不可逆的。(√)
知识点三 能源的分类与应用
[观图助学]
如图所示是我国能源结构的统计图。
请根据此图数据完成下面两个问题：
(1)总结出我国能源结构或能源现状的规律。
(2)试着提出解决这种现状的合理化建议。
1.能源开发：能量的利用过程是不可逆的，自然界中的常规能源的储量是有限的，并且是不可再生的，所以我们要珍惜现有的能源，尽力提高现有能源的利用效率。注意研究和开发新能源，目前，正在开发的新能源有风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能、生物质能及核能等。
2.常规能源和新能源的转化途径
3.能源的分类
[思考判断]
(1)由于能源危机，所以要不断开发新能源。(√)
(2)煤、石油、天然气属于常规能源。(√)
(3)电能、焦炭、氢能属于一次能源。(×)
知识点四 能源与社会发展
[观图助学]
(1)观察下列两幅图，回答问题：
①既然能量是守恒的，为什么当今社会会出现能源危机？
②解决能源危机的途径是什么？
(2)如图所示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？
1.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期和石油时期。自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。
2.能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。
3.能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。
4.人类与能源的关系
(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。
(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。
[思考判断]
(1)煤自古至今都是人类的主要能源。(×)
(2)根据能量守恒定律可知，节约能源是没有必要的。(×)
(3)世上总能量虽然不变，但我们仍需要有节能意识。(√)
能量守恒定律是个普遍规律它不受条件约束，是自然科学的基本规律之一。
行驶在水平路面上的汽车关闭发动机以后，会慢慢停止前进，该过程中汽车减少的机械能转化为汽车、路面及周围空气的内能；汽车、路面及周围空气的总能量不变。
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的转化，是能够自动发生、全额发生的。
能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。
情景1：如图甲所示，煤炭和石油是常规能源。尽管我国的常规能源资源非常丰富，但由于人口众多，所以能源的需求量很大，能源的浪费很严重，将来会面临能源危机。
情景2：如图乙、丙所示，太阳能、风能、地热能、海洋能等是新能源，积极开发利用新能源是实现我国经济社会可持续发展的必然选择。
在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用品质上降低了，从便于利用的能量变成不便于利用的能量了。这是能源危机更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。因此我们要节约能源，同时积极研究和开发利用新能源和可再生能源，如核能、太阳能、风能、海洋能、生物质能等。
核心要点 对能量守恒定律的理解
[观察探究]
近几年流行一种“自发电电动车”(如图所示)，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？
答案 仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
[探究归纳]
1.能量守恒定律的重要意义
(1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。
(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。
(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2.表达式
(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。
(2)ΔE增＝ΔE减，能量的增加量等于能量的减少量。
[试题案例]
[例1] 下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展，永动机是可以制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
解析 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了能量转化和守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。
答案 C
[例2] 风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式；
(2)风力发电机利用风能的效率表示式。
思路点拨 解答本题时应明确以下两点
(1)风能就是空气定向流动的动能。
(2)发电效率等于电功率与总功率的比值。
解析 (1)由能量转化和守恒定律可知eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)＝P总t ①
而m＝πr2v0tρ ②
把②代入①解得P总＝eq \f(1,2)πr2ρveq \\al(3,0)。
(2)η＝eq \f(P,P总)＝eq \f(2P,πr2ρveq \\al(3,0))。
答案 (1)eq \f(1,2)πr2ρveq \\al(3,0) (2)eq \f(2P,πr2ρveq \\al(3,0))
方法凝炼 利用能量守恒定律解题的基本思路
(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化。
(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)列等式ΔE减＝ΔE增求解。
[针对训练1] 下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是( )
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——永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
解析 根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。
答案 D
[针对训练2] 瀑布从20 m高处以103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2)
解析 设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，
竖直下落后减少的机械能为mgh－eq \f(1,2)mv2
转化为电能的功率为
P＝eq \f(E,t)＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(mgh－\f(1,2)mv2))×0.8,t)＝eq \f(m,t)(gh－eq \f(v2,2))×0.8＝103×103×(10×20－eq \f(1,2)×22)×0.8 W≈1.58×108 W＝1.58×105 kW。
答案 1.58×105 kW
核心要点 对能量耗散的理解
[观察探究]
如图所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动。机械能消失了吗？若没有消失，转化成了什么？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？
答案 机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动。
[探究归纳]
1.各种形式的能最终都转化为内能，耗散到周围的环境中，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，却会导致能量品质的降低，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。
[试题案例]
[例3] 热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是( )
A.能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B.能量耗散表明，能量守恒定律具有一不定期的局限性
C.能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D.能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
解析 能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，故A、B错误，C正确；能量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的方向性，机械能可以自发地转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故D错误。
答案 C
[针对训练3] (多选)下列哪些现象属于能量耗散( )
A.利用水能发电转变成电能
B.电能通过电灯中的电阻丝放出热量和光能
C.电池的化学能转变成电能
D.火炉把房间的温度升高
解析 水力发电、化学能转变成电能，电能可以利用，不属于能量耗散，可再进一步利用，直到都转变成不可回收的内能，就是能量耗散了，故B、D正确。
答案 BD
核心要点 能量转化和转移的方向性
[要点归纳]
[试题案例]
[例4] (多选)根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是( )
A.电流的电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D.能量不能被创造或被消灭
解析 根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；在热传递中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，故选项B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故D正确。
答案 BCD
[针对训练4] (多选)下列过程中，可能实现的是( )
A.水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B.利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能
C.在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D.静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
解析 根据能量转化和转移的方向性可知，物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，因此选项A、D是错误的，而选项B、C都是可能实现的过程。
答案 BC
核心要点 能源和环境问题
[要点归纳]
1.能源开发
人类社会要发展，能源是必不可少的资源，但现有的煤、石油、天然气等化石燃料都是远古时期储存的太阳能，不可再生，不久的将来都要枯竭。同时，大量使用这类燃料对环境的破坏非常严重，所以迫切需要找到新的替代能源。现有条件下，可供利用的新能源主要有地热能、太阳能、海洋能、生物能等。
2.环境问题
(1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。
(2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。
(3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。
(4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。
[试题案例]
[例5] (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
思路点拨 解答本题应该抓住以下两个条件
(1)温室效应的本质及原理。
(2)地球变暖的主要原因是温室效应。
解析 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，选项A正确；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，则选项B正确；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，故选项C正确；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，选项D错误。
答案 ABC
[针对训练5] 关于能源的利用，下列说法中不正确的是( )
A.由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要
B.能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程
C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
答案 A
1.(对能量守恒定律的理解)下列说法中正确的是( )
A.随着科技的发展，永动机是可以制成的
B.某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加
C.能量耗散表明，在能量的转化过程中能的总量逐渐减少
D.不用电池，也不用上发条的“全自动”手表，说明能量可以凭空产生
解析 永动机违背了能量守恒定律，是不可能制造成功的，故A错误；根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故B正确；能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故C错误；能量是不可创生的，故D错误。
答案 B
2.(对能量耗散的理解)(多选)下列对能量耗散的理解正确的有( )
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
解析 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确。
答案 BD
3.(能源的分类)下列能源中，既属于新能源，又属于可再生能源的是( )
A.煤 B.石油 C.天然气 D.沼气
解析 煤、石油、天然气是动植物的遗体经过漫长的地质年代形成的，不可再生，只有沼气既是可再生能源，又是新能源，故D选项正确。
答案 D
4.(能源与社会发展)(多选)能源短缺和环境恶化指的是( )
A.煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺
B.煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺
C.煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化
D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化
解析 煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化。故B、D正确，A、C错误。
答案 BD
5.(对能量转化与能量守恒的理解)如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )
A.重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小
B.重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变
C.重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加
D.重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变
解析 由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C错误；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错误；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确。
答案 B
基础过关
1.(多选)以下说法正确的是( )
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B.汽油是一种清洁能源
C.水能是可再生能源
D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
解析 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，选项A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错误；水能是可再生能源，选项C正确；煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错误。
答案 AC
2.(多选)下列属于一次能源的是( )
A.太阳能 B.焦炭
C.核能 D.汽油
解析 一次能源是自然形成，未经加工的，因此B、D错误，选A、C。
答案 AC
3.关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A.由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但能量品质降低了
C.能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
解析 自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量转化具有方向性，不能被创造，因此B正确，A、C、D错误。
答案 B
4.(多选)关于开发能源和节约能量，下列观点正确的是( )
A.能源是有限的，无节制地利用能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律，担心能源枯竭是杞人忧天
C.能源的开发和利用必须要同时考虑其对环境的影响
D.和平地利用核能是目前开发新能源的一种途径
答案 ACD
5.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是( )
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
解析 电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能，故A正确，B、C、D错误。
答案 A
6.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是( )
A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和不人为毁坏物品
B.关闭现有的火力发电站
C.各地都要兴建水力和风力发电站
D.停止使用石油资源，而以核能和太阳能取代
解析 节约能源，提高效率，可有效应对能源危机，A正确；风力、水力受地域环境的限制，不能在各地推广，因而不能关闭火力发电站，故B、C错误；核能和太阳能受技术限制，尚未大规模利用，所以石油也不能停止使用，故D错误。
答案 A
7.我国人民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子，为人们挡住炎炎烈日，冬天叶子又会全部掉光，使温暖的阳光照入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意，关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法中正确的是( )
A.树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低
B.树木吸收阳光，使自己温度升高，周围温度降低
C.树木吸收阳光，将阳光的能量转化为化学能，使环境温度变低
D.白天大树将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热
答案 C
8.如图所示，有种所谓的“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
答案 不是永动机。手表戴在手上，手运动的机械能一部分转化为手表摆动的能量。
能力提升
9.(多选)在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是( )
A.变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B.变频空调运行中做功少，转化能量多
C.变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D.变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
解析 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错误、D正确；由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。
答案 CD
10.(多选)CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加能使地表温度因受太阳的辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样，因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加会导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。为了减缓大气中CO2浓度的增加，以下措施中可行且有效的是( )
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
解析 可行且行之有效的措施是开发新能源以便减少对常规能源的利用，减少CO2的排放；植树造林可以吸收空气中的CO2，所以选项B、D正确；选项A、C措施虽然有效，但并不可行，所以选项A、C错误。
答案 BD
11.有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感受一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”。关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法中正确的是( )
A.尾气的温度越高，柴油机越节能
B.尾气的温度越低，柴油机越节能
C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D.以上说法均不正确
解析 气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油在汽缸中燃烧，产生高温高压气体，是一个高温热源，而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源。根据能量守恒定律，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，即这样的柴油机就越节能，故选项B是正确的。
答案 B
12.水库上建筑一条拦河坝，利用水库水位与拦河坝下游水位之间的落差，使水轮机转动，可以带动发电机发电。若水的重力势能有60%转化为电能，已知每分钟5 000 t的水流量可以得到发电机的发电功率为4.9×107 W。求：
(1)水的落差是多少？
(2)如果水库的水不通过水轮机，而是自由下落到拦河坝下游的水面上，且水的重力势能全部转化为水的内能，则水温升高多少？
解析 (1)由P＝eq \f(ηEp,t)＝eq \f(ηmgh,t)，
得h＝eq \f(Pt,ηmg)＝eq \f(4.9×107×60,60%×5 000×103×9.8) m＝100 m。
(2)若重力势能全部转化为内能，则mgh＝cmΔt，
Δt＝eq \f(mgh,cm)＝eq \f(9.8×100,4.2×103) ℃≈0.23 ℃。
答案 (1)100 m (2)0.23 ℃
13.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。如图所示。
风力发电机示意图
(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；
(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW。我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5 000小时。试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。
解析 (1)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为
m＝ρvS，S＝πr2
风能的最大功率可表示为
Pm＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)(ρvS)v2＝eq \f(1,2)ρvπr2v2＝eq \f(1,2)πρr2v3。
(2)按题意，风力发电机的输出功率为
P2＝(eq \f(v2,v1))3·P1＝(eq \f(6,9))3×540 kW＝160 kW
最小年发电量约为
W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105 kW·h。
答案 (1)eq \f(1,2)πρr2v3 (2)8×105 kW·h核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确定的两类重要事实。
2.能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题。
3.了解能量耗散，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识。
1.能量守恒定律的理解。
2.应用能量守恒定律解决问题。
3.能量转化方向性的理解。
1.探究各种形式的能的转化及守恒定律。
2.探究能量转化方向性及新能源的开发及应用。
3.节能与环境保护措施。
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
自然形成，未经加工
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源
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
按利用技术分
常规能源
已大规模正常使用
煤、石油、天然气、水能
新能源
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、风能
按可否再生分
可再生能源
可循环使用
水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源
短期内无法转换获得
煤、石油、天然气、核燃料
按对环境污染情况分
清洁能源
对环境基本上没有污染
太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源
会严重污染环境
化石燃料(煤、石油、天然气)