新教材人教版高中物理必修第三冊(cè) 12.4能源與可持續(xù)發(fā)展 教學(xué)課件

1、第十二章 電能 能量守恒定律12.4 能源與可持續(xù)發(fā)展1.掌握能量守恒定律的內(nèi)容和意義，知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一.2.了解什么是能源耗散和品質(zhì)降低，認(rèn)識(shí)自然界中能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性.3.認(rèn)識(shí)當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到人類珍惜和保護(hù)能源和資源的必要性，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo) 我們知道，內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成電能，電能可以轉(zhuǎn)化成光能、內(nèi)能或機(jī)械能既然能量是守恒的，不會(huì)憑空消失，為什么我們還要節(jié)約能源呢？新課導(dǎo)入 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。 這個(gè)規(guī)律叫作能量守恒

2、定律（law of energy conservation）。一、能量守恒定律新課講解一、能量守恒定律 在電路中，電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，負(fù)載又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能和機(jī)械能.思考：把剛煮好的熱雞蛋放到冷水中，過(guò)一會(huì)，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后二者溫度相同。是否可以發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來(lái)溫度相同的雞蛋和水，過(guò)一會(huì)水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升？二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性雞蛋自然熟？1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都有方向性。二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性(2)能量的轉(zhuǎn)化具有方向性:如機(jī)械能可以自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能自發(fā)地且不能

3、完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(1)能量的轉(zhuǎn)移具有方向性:如熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。2.能量耗散 在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，散失到環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來(lái)重新利用，這種現(xiàn)象叫能量的耗散。二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性 能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性。電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能3.為什么要節(jié)約能源 能量耗散表明，在能源的利用過(guò)程中,能量的總量守恒,但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。這是自然界的能量雖然守恒,但需要節(jié)約能源的根本原因。二、能

4、量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性三、能源的分類與應(yīng)用1.能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源。2.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，這類能源又叫作化石能源?；茉礋o(wú)法在短時(shí)間內(nèi)再生，所以這類能源被叫作不可再生能源。三、能源的分類與應(yīng)用3.可再生能源： 水能、風(fēng)能、潮汐能等能源，歸根結(jié)底來(lái)源于太陽(yáng)能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。4.我國(guó)能源發(fā)展概況(1)太陽(yáng)能發(fā)電三、能源的分類與應(yīng)用 至2018年底，我國(guó)水電總裝機(jī)容量約3.5億千瓦、年發(fā)電量約1.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，雙雙繼續(xù)穩(wěn)居世界第一。三峽水電站葛洲壩水電站4.我國(guó)能源發(fā)展概況(2)水力發(fā)電三、能源

5、的分類與應(yīng)用連云港臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)風(fēng)車田 新疆達(dá)坂城風(fēng)車田 截至2020年上半年，我國(guó)風(fēng)電占總發(fā)電量的比重達(dá)6.3%，但與歐洲仍有較大的差距，這意味著我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)空間巨大。4.我國(guó)能源發(fā)展概況(3)風(fēng)能發(fā)電三、能源的分類與應(yīng)用大亞灣核電站防城港核電站秦山核電站 到2020年，中國(guó)核電機(jī)組數(shù)量將達(dá)到90余臺(tái)，從裝機(jī)容量上講，將超過(guò)法國(guó)，成為世界第二的核電大國(guó)，僅次于美國(guó)。4.我國(guó)能源發(fā)展概況(4)核能發(fā)電三、能源的分類與應(yīng)用4.我國(guó)能源發(fā)展概況(4)核能發(fā)電三、能源的分類與應(yīng)用 一些質(zhì)量較大的原子核在裂變成較輕的原子核時(shí)，會(huì)釋放出驚人的能量。同樣質(zhì)量的化學(xué)燃料與核燃料相比，如果都進(jìn)行了完全反應(yīng)，核

6、燃料釋放出的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于化學(xué)燃料釋放出的能量。可控制的裂變反應(yīng)所釋放出的能量，可以很好地被人們所利用。核電站就是利用可控核裂變來(lái)發(fā)電的。我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代百萬(wàn)千瓦級(jí)核電技術(shù)電站華龍一號(hào)，其安全指標(biāo)和技術(shù)性能已達(dá)到國(guó)際最先進(jìn)的三代水平。我國(guó)的核能發(fā)電技術(shù)已居于世界領(lǐng)先地位。 自工業(yè)革命以來(lái)，煤和石油成為人類的主要能源。到了20世紀(jì)50年代，世界石油和天然氣的消耗量超過(guò)了煤炭。1.能源是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)柴薪時(shí)期煤炭時(shí)期石油時(shí)期四、能源與社會(huì)發(fā)展2.煤炭和石油資源是有限的四、能源與社會(huì)發(fā)展3.環(huán)境問(wèn)題(1)溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的

7、，石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳。海水倒灌、耕地鹽堿化兩極冰雪融化，海平面上升四、能源與社會(huì)發(fā)展(2)酸雨：大氣中酸性污染物質(zhì)，如二氧化硫、二氧化碳、氫氧化物等，在降水過(guò)程中溶入雨水，使其成為酸雨，煤炭中含有較多的硫，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫等物質(zhì)。被酸雨破壞的森林工業(yè)排放的廢氣四、能源與社會(huì)發(fā)展(3)光化學(xué)煙霧:氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵惺艿疥?yáng)光中強(qiáng)烈的紫外線照射后產(chǎn)生的二次污染物質(zhì)光化學(xué)煙霧。汽車排放尾氣城市機(jī)動(dòng)車尾氣污染四、能源與社會(huì)發(fā)展STSE 一輛行駛的小汽車，燃料燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能有370/0通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)排出，370/0直接由排氣管排出，只有260/0變?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能。能源與社

8、會(huì)發(fā)展能源是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；煤炭和石油資源是有限的；環(huán)境問(wèn)題(1)溫室效應(yīng)、(2)酸雨、(3)光化學(xué)煙霧；能量守恒與耗散能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變.能源的分類可再生能源與不可再生能源一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的.能源環(huán)境課堂小結(jié)1.關(guān)于能源及能源利用，下列說(shuō)法中正確的是 ( )A. 煤炭、石油和天然氣都是化石能源B. 太陽(yáng)能電池能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為太陽(yáng)能C. 由于能量是守恒的，因此沒(méi)有必要節(jié)約能源D. 水能和風(fēng)能歸根結(jié)底來(lái)源于太陽(yáng)能，它們是不可再生能源【正確答案】A

9、2.（多選）下列說(shuō)法中正確的是( )A.某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加B.因?yàn)槟芰渴睾?所以不存在“能源危機(jī)” C.能量耗散表明自然界宏觀過(guò)程具有方向性D.能量耗散過(guò)程能量減少了【正確答案】AC【典例3】下列哪些現(xiàn)象屬于能量的耗散( )A.利用水流能發(fā)電產(chǎn)生電能B.電能在燈泡中變成光能C.電池的化學(xué)能變成電能D.火爐把屋子烤暖【正確答案】D4.關(guān)于能量和能源，下列說(shuō)法正確的是（）A人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造B在能源的利用過(guò)程中，由于能量在數(shù)量上并未減少，所以不需要節(jié)約能源C自然界中只要涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性D能量耗散現(xiàn)象說(shuō)明：在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，雖然

10、能的總量并不減少，但能量品質(zhì)提升了【正確答案】C5.某城市人口密度大，汽車等交通工具向大氣中排放大量碳?xì)浠衔铩⒌难趸锏扔泻ξ镔|(zhì)，最有可能發(fā)生的是（）A酸雨 B臭氧層空洞C光化學(xué)煙霧 D溫室效應(yīng)【正確答案】C6.如圖是架在屋頂?shù)奶?yáng)能熱水器。已知單位時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)垂直射到地面附近單位面積的能量 E0 為 7103J/(m2 s)。一臺(tái)熱水器的聚熱面積為 2m2，若每天相當(dāng)于太陽(yáng)直射熱水器 4h，太陽(yáng)能的 20% 可轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，那么這個(gè)熱水器一天內(nèi)最多能利用的太陽(yáng)能為多少？7.某地區(qū)的風(fēng)速為 14 m/s， 空氣的密度為1.3 kg/m3。若使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)通過(guò)的截面積為400 m2，且

11、風(fēng)能的20%可轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電功率是多少？以時(shí)間 t 內(nèi)通過(guò)橫截面積為 400m2 的空氣柱為研究對(duì)象 原創(chuàng)【解析】在 t 時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面積為 400m2 的風(fēng)能全部使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)能量守恒定律，有： 其中：mVvtS， 其動(dòng)能有20%轉(zhuǎn)化為電能，故發(fā)電功率為：8. 三峽水力發(fā)電站是我國(guó)最大的水力發(fā)電站。三峽水庫(kù)蓄水后，平均水位落差約為 100 m，水的流量約為 1.35104 m3/s。船只通航需要約 3500 m3/s 的流量，其余流量可全部用來(lái)發(fā)電。水流沖擊水輪機(jī)發(fā)電時(shí)，水流減少的機(jī)械能有 20% 轉(zhuǎn)化為電能。(1) 按照以上數(shù)據(jù)估算，三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大是多少？(2) 根據(jù)你對(duì)家庭生活用電的調(diào)查來(lái)估算，如果三峽電站全部用于城市生活用電，它可以滿足多少個(gè)百萬(wàn)人口城市的生