4　能源與可持續(xù)發(fā)展

4能源與可持續(xù)發(fā)展核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念(1)列舉各種實(shí)例，說明能量是如何轉(zhuǎn)化的，解釋能量守恒定律的含義。(2)通過實(shí)例分析知道能量耗散，認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)收集資料，討論能源的開發(fā)與利用所帶來的環(huán)境污染問題，認(rèn)識環(huán)境污染的危害，思考科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，具有環(huán)境保護(hù)的意識和行動。(2)了解太陽能、水能、核能和風(fēng)能等能源的開發(fā)利用，知道利用能源是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。(3)知道人類利用的能源有可再生能源和不可再生能源，認(rèn)識合理使用能源的重要性，具有可持續(xù)發(fā)展觀念，養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣。1．填一填(1)能量守恒定律的內(nèi)容：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

為其他形式，或者從一個(gè)物體

到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持

。(2)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是

的。(3)能量的耗散：把能量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新______的現(xiàn)象，它反映出自然界中的宏觀過程具有

性。(4)節(jié)約能源的根本原因：在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未

，但在可利用的品質(zhì)上

了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化不變不可逆利用方向減小降低2．判斷(1)能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中總量是保持不變的。

(

)(2)當(dāng)一個(gè)物體所具有的能量增加時(shí)，一定有別的物體的能量在減小。

(

)(3)能源利用過程中能量總量不變，可利用的品質(zhì)也不變。

(

)√√×1．填一填(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，又叫

能源。(2)可再生能源：水能、風(fēng)能、潮汐能等來源于

的這些能源。(3)我國能源的開發(fā)：太陽能發(fā)電、

發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、

發(fā)電?；柲芩四?4)能源與社會發(fā)展①人類對能源的利用經(jīng)歷的三個(gè)時(shí)期：柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。②能源的開發(fā)和利用對環(huán)境造成的影響：a．石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，加劇了溫室效應(yīng)，使得兩極的冰雪融化，海平面上升。b．石油和煤炭的燃燒形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度升高，形成“____”，腐蝕建筑物，酸化土壤。c．內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔?，這些化合物在大氣中受紫外線的照射，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。燃燒時(shí)產(chǎn)生的浮塵也是主要的污染物。酸雨[問題驅(qū)動](1)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢能的值總大于增加的動能的值，即機(jī)械能的總量在減少。機(jī)械能減少的原因是什么？減少的部分機(jī)械能是消失了嗎？提示：機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能；減少的部分機(jī)械能并沒有消失。(2)請說明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？①植物進(jìn)行光合作用。②放在火爐旁的冰融化變熱。③電流通過燈泡，燈泡發(fā)光。提示：①光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。②內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰。③電能轉(zhuǎn)化為光能。

【重難釋解】1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。2．能量守恒定律的理解某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。某個(gè)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。[解析]在斜面上滾動時(shí)，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時(shí)，有摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的。[答案]

AD利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點(diǎn)注意(1)能量既可通過做功的方式實(shí)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(jìn)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(shí)避免出現(xiàn)遺漏?！踞槍τ?xùn)練】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)象中所包含的相同的物理過程是

(

)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量解析：這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動過程中都受到阻力作用，汽車主要受摩擦阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確。四個(gè)物體的運(yùn)動過程中，汽車是動能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D正確。答案：AD

2.一個(gè)盛水袋，某人從側(cè)面緩慢推裝有液體的袋壁使它變形至如圖所示位置，則此過程中袋和液體的重心將

(

)A．逐漸升高 B.逐漸降低C．先降低再升高

D．始終不變解析：人對液體做正功，液體的機(jī)械能增加，液體緩慢移動可以認(rèn)為動能不變，重力勢能增加，重心升高，A正確。答案：A

【重難釋解】1．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(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動機(jī)器做功了。(2)從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)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(dǎo)致能量的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實(shí)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(dǎo)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(diǎn)舉例按形式或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?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)模正常使用煤炭、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?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、沼氣、風(fēng)能能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤炭、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(fēng)能、水能污染能源會嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤炭、石油、天然氣)

(多選)下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是(

)A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來重新被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動全額發(fā)生的D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低[解析]

能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；耗散的內(nèi)能很難收集起來再被利用，選項(xiàng)B正確；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。[答案]

BCD【針對訓(xùn)練】3．關(guān)于能源的利用，下列說法中不正確的是

(

)A．由于我國煤炭和石油的儲量無限，所以太陽能和核能的開發(fā)在我國根本沒有必要B．能源的利用過程，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程C．現(xiàn)在人類社會使用的能源主要是煤炭、石油和天然氣D．煤炭、石油和天然氣的化學(xué)能歸根到底來自太陽能解析：石油、煤炭等為非再生的能源，儲量有限，能源的利用中雖然總量不變，但品質(zhì)降低，可再利用能源越來越少，所以新能源的開發(fā)和利用是當(dāng)今世界各國面臨的課題，A錯(cuò)，B、C、D對。答案：A

4．能源短缺和環(huán)境惡化指的是(

)①煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺。②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺。③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化。④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環(huán)境惡化。A．①③B.①④C．②③

D．②④解析：煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復(fù)使用，它們的儲量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在使用時(shí)會排出有害氣體污染空氣，這是所講的環(huán)境惡化，④正確，故D正確。答案：D

5．(多選)關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是

(

)A．太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”B．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”C．“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化解析：“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生是由于石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，它的危害是使地面氣溫上升、兩極冰雪融化、海平面上升、淹沒沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項(xiàng)正確。答案：BC

一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．如圖是用一臺蒸汽機(jī)和一臺發(fā)電機(jī)建立的模型發(fā)電站，將這個(gè)模型發(fā)電站與小燈泡連接起來，就可以供電了。請分析該模型發(fā)電站工作時(shí)各種形式的能量是如何轉(zhuǎn)化的。解析：蒸汽機(jī)將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為蒸汽輪機(jī)的機(jī)械能，蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能使小燈泡發(fā)光。二、注重學(xué)以致用和思維建模2．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)。在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動，能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是

(

)A．太陽能→電能→機(jī)械能 B.太陽能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽能→機(jī)械能

D．機(jī)械能→太陽能→電能解析：電池板中太陽能