2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第二、三、四節(jié) 能源的利用方式 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與環(huán)境學(xué)案 粵教版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第二、三、四節(jié) 能源的利用方式 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與環(huán)境學(xué)案 粵教版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第二、三、四節(jié) 能源的利用方式 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與環(huán)境學(xué)案 粵教版必修3年級：姓名：- 11 -第二節(jié) 能源的利用方式 第三節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 第四節(jié) 能源與環(huán)境新 課 程 標(biāo) 準(zhǔn)學(xué) 業(yè) 質(zhì) 量 目 標(biāo)1.了解利用水能、風(fēng)能、太陽能和核能的方式,初步了解核裂變與核聚變。2.知道不同形式的能量可互相轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變,能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。3.了解可再生能源和不可再生能

2、源的分類,認(rèn)識能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響。4.認(rèn)識環(huán)境污染的危害,了解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要性,具有環(huán)境保護(hù)的意識和行為。合格性考試1.知道能量的多種形式;能區(qū)分可再生能源和不可再生能源;理解能量守恒定律。2.通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實例分析,理解能量守恒定律的確切含義。3.能主動關(guān)心能源和可持續(xù)發(fā)展問題;能認(rèn)識能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響。選擇性考試1.知道能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。2.通過大量的實例,總結(jié)能量在轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化過程中總量不變,并探究能量轉(zhuǎn)化的方向性。3.感知我們周圍能源的耗散,樹立節(jié)能意識。必備知識自主學(xué)習(xí)一、能源的利用方式1.化石能源包括:石油、煤炭、天然氣等

3、。2.新能源包括:水能、風(fēng)能、太陽能、核能等。此外,還有生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、可燃冰等能源。二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒1.各種各樣的能量:能量形式含義示例機(jī)械能機(jī)械能是與物體的運(yùn)動或位置高度、形變相關(guān)的能量,可以表現(xiàn)為動能,也可以表現(xiàn)為勢能行駛的汽車、被拉開的弓、聲音等內(nèi)能物質(zhì)中分子的動能和勢能總和自然界的一切物質(zhì)電能電能是與電有關(guān)的能量工作中的發(fā)電機(jī)、電池等電磁能電磁場所具有的能量無線電波、可見光、紫外線、紅外線等核能通過核反應(yīng)(裂變或聚變)由原子核釋放的能量原子彈、氫彈等化學(xué)能發(fā)生化學(xué)變化時釋放出來的能量石油、煤、天然氣等2.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移:(1)太陽能是地球上最主要的能量源泉。(2

4、)能量的存在形式多種多樣,而且不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。能量在被利用的過程中,可利用的效率不斷下降。3.能量守恒: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)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。4.能量轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)的方向性:在自然界的一切自發(fā)過程中,能量的轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)都是有方向性的,但都不違反能量守恒定律。三、能源與環(huán)境1.可再生能源和不可再生能源:(1)煤、石油、天然氣等在短期內(nèi)不可以再次得到,一旦利用了就很難或者不能再次得到的能源,稱為不可再生能源。(2)水能、風(fēng)能、潮汐能能夠在短期內(nèi)重新形成的或者循環(huán)利用的能源,稱為可再生能源。2.能源

5、與環(huán)境:能源開發(fā)對環(huán)境的影響(1)對大氣環(huán)境的影響。(2)對生態(tài)環(huán)境的影響。(3)對居住環(huán)境的影響。3.環(huán)境保護(hù)的三個主要方面:(1)防治生產(chǎn)和生活的污染。(2)防止建設(shè)和開發(fā)的破壞。(3)保護(hù)自然環(huán)境。關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)知識點一能量守恒定律的應(yīng)用1.能量的形式:(1)含義:一個物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說這個物體具有能量,又如流動的河水、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體都能對外做功,因此這些物體都具有能量,流動的河水和被壓縮的彈簧具有機(jī)械能、高溫高壓氣體具有內(nèi)能。(2)能量的轉(zhuǎn)化與能量的轉(zhuǎn)移:各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,而且在轉(zhuǎn)化過程中總量保持不變,也就是說當(dāng)某個物體的能量減少時,一定存在其他物體

6、的能量增加。(3)功是能量轉(zhuǎn)化的量度:不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的,做功的過程就是各種形式的能量轉(zhuǎn)化的過程,且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的量度。2.能量守恒定律的表達(dá)式:(1)e初=e終。(2)e增=e減。3.自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性:(1)能量耗散:燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去,就不會再次自動聚集起來供人類重新利用。(2)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有方向性。(3)能量耗散雖然不會導(dǎo)致能量總量的減少,卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,它實際上是將能量從高度有用的高品質(zhì)降級為不大可用的低品質(zhì)形式。(1)如圖是小

7、型汽油機(jī)模型,汽油機(jī)在工作過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的?提示:汽油燃燒時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,汽油釋放出來的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能。(2)內(nèi)燃機(jī)工作時可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎?提示:不能,因為內(nèi)燃機(jī)工作時總有內(nèi)能損失,不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！镜淅咳鐖Da、b是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時開閘,水由通道進(jìn)入海灣水庫蓄水,待水面升至最高點時關(guān)閉閘門(見圖a)。當(dāng)落潮時,開閘放水發(fā)電(見圖b)。設(shè)海灣水庫面積為5.0108 m2,平均潮差為3.0 m,一天漲落潮兩次,發(fā)電的平均能量轉(zhuǎn)化率為10%,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(水取1.0103 kg/m3,g取10 n/kg)()a.2.6104 kwb.5

8、.2104 kwc.2.6105 kwd.5.2105 kw【解析】選b。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=gh=mgh=水vgh=水shgh,h為水的重心下降的高度,即:h= m,則水的勢能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?w電=w水10%=1.0103 kg/m35.0108 m23.0 m10 n/kg1.5 m0.1=2.251012 j。每天兩次漲潮,則該發(fā)電站一天能發(fā)電4.51012 j,所以每天的平均功率為p=5.2104 kw,故b項正確。如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時,強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循

9、環(huán),在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量,經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化,放出熱量到箱體外。下列說法正確的是()a.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外b.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,是因為其消耗了電能c.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律d.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律【解析】選b。由熱力學(xué)第二定律可知,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,除非有外界的影響或幫助,電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體,需要壓縮機(jī)的幫助并消耗了電能,b正確,a、d錯誤。熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化或內(nèi)能轉(zhuǎn)移的規(guī)律,是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn),適用于所有的熱學(xué)過程,故c錯

10、誤。故選b?！炯庸逃?xùn)練】1.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】選a。電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能,小電動機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故a項正確。2.風(fēng)力是清潔能源,我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。某公司獨立研發(fā)并制造的sl5 000 風(fēng)力發(fā)電機(jī),單機(jī)設(shè)計功率為5 000 kw,葉片長度為64 m,已知空氣的密度為1.29 kg/m3,如果該風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%,則該風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時

11、,風(fēng)速值應(yīng)接近()a.8 m/sb.10 m/sc.15 m/sd.20 m/s【解析】選c。以葉片長l=64 m為半徑的圓面積s=l2,在時間t內(nèi)通過葉片所在圓區(qū)域的空氣柱長度x=vt,該柱形體積內(nèi)風(fēng)的動能為ek=sxv2=l2vtv2=l2v3t,功率公式p=,則該風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率p的數(shù)學(xué)表達(dá)式為p=l2v3,代入數(shù)據(jù)得v14.4 m/s,故c項正確。知識點二能源的分類與應(yīng)用1.地球上的絕大部分能源來源于太陽的輻射能:2.能源的分類:能源分類方法能源分類名稱特點舉例按是否可再生可再生能源可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、潮汐能不可再生能源短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣按對環(huán)境污染情

12、況清潔能源對環(huán)境基本沒有污染太陽能、風(fēng)能、水能污染能源會嚴(yán)重污染環(huán)境煤、石油、天然氣3.能源和環(huán)境污染:(1)溫室效應(yīng):石油、煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量,由于二氧化碳對長波的輻射有強(qiáng)烈的吸收作用,且像暖房的玻璃一樣,只準(zhǔn)太陽光的熱輻射進(jìn)來,不讓室內(nèi)長波熱輻射出去,使地球氣溫上升,這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)。(2)酸雨:酸雨是指ph小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要原因是燃燒煤炭和石油,以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度升高,形成“酸雨”,腐蝕建筑物、酸化土壤。(3)光化學(xué)煙霧:內(nèi)燃機(jī)工作時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)生氮氧化合物和碳?xì)浠?/p>

13、合物。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。這些物質(zhì)有毒,能引起人的多種疾病。(4)常規(guī)能源燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是一種污染物。在能量守恒定律提出之后,人們認(rèn)識到能量不可能憑空產(chǎn)生,但也不會消失,于是有人設(shè)計了這樣一種裝置:該裝置可以從海水或者空氣中收集熱能,并將這些內(nèi)能作為驅(qū)動電動機(jī)的動力,從而實現(xiàn)永動的目的。這種設(shè)備可以做出來嗎?提示:不能。因為能量的轉(zhuǎn)化具有方向性,熱量一旦釋放出去,就不會再自動聚集起來供人類重新使用了?！镜淅?多選)(2020珠海高二檢測)2017年5月,我國首次海域“可燃冰”試采成功。 可燃冰是一種藏在深海海底的新型能源,1 m3可燃冰可轉(zhuǎn)化為

14、164 m3的天然氣和0.8 m3的水,下列關(guān)于可燃冰說法正確的是()a.“可燃冰”是不可再生能源b.“可燃冰”屬于可再生能源c.1 m3可燃冰比0.8 m3的水質(zhì)量小d.相同體積的可燃冰和天然氣完全燃燒后,可燃冰釋放的熱量多【解析】選a、d?？扇急且淮文茉?屬于不可再生能源,故a正確,b錯誤;1 m3可燃冰可轉(zhuǎn)化為164 m3的天然氣和0.8 m3的水;故c錯誤,d正確。故選a、d。目前,共享單車作為綠色出行的交通工具,成為時尚。甲、乙兩種共享單車都采用了電子鎖,車鎖內(nèi)集成了gps模塊與聯(lián)網(wǎng)模塊等,這些模塊工作時需要電能。這兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能:甲車靠小型發(fā)電機(jī)踩動單車時,

15、線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生電能,如圖1所示;乙車靠車筐底部的太陽能電池板有光照時,產(chǎn)生電能,如圖2所示。這兩種共享單車獲取電能時,都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化,下列說法中正確的是()a.都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能b.都是把光能轉(zhuǎn)化為電能c.甲車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把光能轉(zhuǎn)化為電能d.甲車把光能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能【解析】選c。甲車靠小型發(fā)電機(jī)踩動單車時,線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生電能,故是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;乙車靠車筐底部的太陽能電池板有光照時,產(chǎn)生電能,故是光能轉(zhuǎn)化為電能,故c項正確。【拓展例題】考查內(nèi)容:能源與環(huán)境污染【典例】(多選)co2氣體有個“怪脾氣”,它幾

16、乎不吸收太陽的短波輻射,大氣中co2濃度增加能使地表溫度因受太陽的輻射而上升;另外,它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用,阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放,使整個地球就像一個大溫室一樣,因此,大氣中二氧化碳?xì)怏w濃度的急劇增加會導(dǎo)致氣溫的逐步上升,使全球氣候變暖。為了減緩大氣中co2濃度的增加,以下措施中可行且有效的是()a.禁止使用煤、石油和天然氣b.開發(fā)使用核能、太陽能c.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣d.植樹造林【解析】選b、d?？尚星倚兄行У拇胧┦情_發(fā)新能源以便減少對常規(guī)能源的利用,減少co2的排放;植樹造林可以吸收空氣中的co2,所以選項b、d正確。選項a、c措施雖然有效,但并不可

17、行。情境模型素養(yǎng)氫氣是一種清潔能源,它燃燒后只生成水,對環(huán)境無污染,某同學(xué)設(shè)想了一個利用氫能的方案,如圖是它的示意圖,請你判斷這一方案的可行性,并說明理由。探究:判斷:_(選填“可行”或“不可行”)理由:_?！窘馕觥坑深}圖可知,該方案是利用電解水的方法來制取氫氣,再利用氫氣燃燒來發(fā)電,該過程沒有外界能量進(jìn)入,但卻能源源不斷地輸出能量,違背了能量守恒定律。實際上工業(yè)制氫氣確實通過電解水,然而電解水過程中需要消耗大量的電能,通過氫氣燃燒發(fā)的電遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以電解產(chǎn)生等量的氫氣,導(dǎo)致能夠制備的氫氣越來越少,并使發(fā)電過程逐漸停止。答案:不可行違反了能量守恒定律課堂檢測素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.煤、石油、天然氣和生物能作為

18、能源的共同特點是()a.都為可再生能源,取之不盡,用之不竭b.都為不可再生能源,用一點,少一點c.都為來自太陽輻射的能量d.都為污染環(huán)境的能源【解析】選c。煤、石油、天然氣是不可再生能源,對環(huán)境污染嚴(yán)重,生物能是可再生能源,對環(huán)境無污染或污染少,但它們都來自太陽輻射,故c項正確。2.有人設(shè)想在夏天用電冰箱來降低房間的溫度。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(yùn)轉(zhuǎn),且不考慮房間內(nèi)外熱量的傳遞,則開機(jī)后,室內(nèi)的溫度將()a.逐漸有所升高b.保持不變c.開機(jī)時降低,停機(jī)時又升高d.開機(jī)時升高,停機(jī)時降低【解析】選a。冰箱工作,會產(chǎn)生熱量,即消耗電能,產(chǎn)生了內(nèi)能,且房間與外界沒有能量交換,所以房內(nèi)溫度會升高,故a項正確。3.下列說法中正確的是()a.石子從空中落下,