第6章、能源與可持續(xù)發(fā)展 【循津引渡+建構(gòu)遷移】高二物理 （魯科版2019必修第三冊(cè)）

魯科2017課標(biāo)版高中物理必修三第6章能源與可持續(xù)發(fā)展能量的多種形式01一、多種形式的能量能量以各種各樣的形式存在：如：機(jī)械能、化學(xué)能、內(nèi)能、電能、光能、核能……一、多種形式的能量機(jī)械能動(dòng)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能內(nèi)能分子動(dòng)能（無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)）分子勢(shì)能撐桿跳高：運(yùn)動(dòng)員因運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，跳躍到空中而具有了重力勢(shì)能，桿彎曲產(chǎn)生彈性形變而具有彈性勢(shì)能一切物體均有內(nèi)能。同一物體溫度越高內(nèi)能越大電能電以各種形式做功的能力電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能光能光具有能量太陽(yáng)光照射，為地球生命提供能量化學(xué)能化學(xué)能是儲(chǔ)存在食物或燃料等物質(zhì)中的能量核能是由于物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而釋放的能量，核電站能將核能轉(zhuǎn)化為電能等，而太陽(yáng)像氫彈爆炸一樣釋放核能。核能一、多種形式的能量二、可再生能源與不可再生能源能源指直接取自自然界、未經(jīng)加工轉(zhuǎn)化的能源。如：煤、石油、天然氣等指由一次能源加工轉(zhuǎn)化而成的能源產(chǎn)品。一次能源二次能源如：電、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。可再生能源一次能源不可再生能源

太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等在自然界可循環(huán)再生的能源，稱為可再生能源；煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖等在自然界中經(jīng)過億萬年形成，短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，稱為不可再生能源。二、可再生能源與不可再生能源太陽(yáng)能人們通常采用光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換等方式將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量?jī)?chǔ)存起來并加以利用。光電轉(zhuǎn)換是用光伏電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能。光熱轉(zhuǎn)換是通過吸收、反射或其他方法把太陽(yáng)輻射的能量集中起來，轉(zhuǎn)化成熱能，如太陽(yáng)能熱水器；光化學(xué)轉(zhuǎn)換也稱光化學(xué)制氫轉(zhuǎn)換，是將太陽(yáng)輻射的能量轉(zhuǎn)化為氫的化學(xué)自由能，通常也稱為太陽(yáng)能制氫。二、可再生能源與不可再生能源風(fēng)能風(fēng)能可用來發(fā)電。但風(fēng)力發(fā)電站必須建在多風(fēng)場(chǎng)地，受地域限制明顯。

二、可再生能源與不可再生能源地?zé)釋?duì)于來自地球內(nèi)部的地?zé)崮?，可將地下熱水和蒸汽引?dǎo)到地面加以利用或驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。潮汐生物質(zhì)能蘊(yùn)藏在海洋中的潮汐能、波浪能和溫差能等皆可用來發(fā)電。生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，植物及有機(jī)廢棄物皆含有大量生物質(zhì)能

二、可再生能源與不可再生能源核能核能是通過核反應(yīng)釋放的能量。因?yàn)楹四艿墨@得不燃燒煤炭、焦炭等燃料，不會(huì)排放二氧化碳，所以被人們認(rèn)為是一種清潔、環(huán)保的能源。但核能發(fā)電也存在一些隱患。例如，獲取核燃料鈾必須開采鈾礦，而鈾礦資源非常有限，開采過程會(huì)引發(fā)環(huán)境問題等；核電站可能會(huì)由于地震、海嘯等出現(xiàn)核爆炸、核泄漏等事故。因此，人類需要理性、安全地利用核能。

不同國(guó)家對(duì)核能利用的政策不盡相同，你怎么看待核能利用問題？氫能源二、可再生能源與不可再生能源氫能源是人們?cè)絹碓疥P(guān)注的一種新能源，它是氫燃燒時(shí)放出的熱量。每千克氫完全燃燒釋放的熱量，分別約為等質(zhì)量汽油、酒精、焦炭完全燃燒釋放熱量的3倍、3.9倍、4.5倍。氫燃燒的產(chǎn)物是水，沒有任何污染，是目前最清潔的能源。世界各國(guó)都非常重視對(duì)氫能源的實(shí)際應(yīng)用研究。目前，液氫燃料在航空航天中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。能量的轉(zhuǎn)化與守恒02一、能量的轉(zhuǎn)化水的重力勢(shì)能水力發(fā)電水的動(dòng)能水輪發(fā)電機(jī)的動(dòng)能電能一、能量的轉(zhuǎn)化二、能量守恒定律1、請(qǐng)分析蕩秋千過程的能量轉(zhuǎn)化。2、請(qǐng)蕩來蕩去的秋千如果不能持續(xù)得到外界能量的補(bǔ)充，空氣阻力及秋千受到的摩擦力就會(huì)使秋千擺動(dòng)的幅度逐漸減小，直至停下。在這個(gè)過程中，秋千原有的機(jī)械能一直在損失。損失的機(jī)械能消失了嗎？討論人們發(fā)現(xiàn)它轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能以外的其他形式的能量，如內(nèi)能。除去重力、彈力外的其他力對(duì)物體做功使物體機(jī)械能增加或減少的過程，實(shí)質(zhì)上都是其他形式的能量與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的過程。如果把這部分能量包括在內(nèi)，總能量是保持不變的。蕩秋千過程的能量變化二、能量守恒定律

閉合電路的能量變化E=U+Ir根據(jù)閉合電路歐姆定律EIt=UIt+I2rt公式兩邊同時(shí)乘以It可得電源提供的總電能電器消耗的電能內(nèi)電路消耗的電能電源提供的電能一部分消耗在外電路，通過用電器轉(zhuǎn)化為其他形式的能；另一部分消耗在內(nèi)電路，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總的能量是守恒的

。二、能量守恒定律大量的實(shí)驗(yàn)和研究都證明，任何形式的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中都遵守如下規(guī)律：在一個(gè)孤立系統(tǒng)里，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，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)移到其他物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律

螺旋汲水永動(dòng)機(jī)能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的規(guī)律之一。在歷史上，人們?cè)孟胫圃煲环N機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料就能不停地運(yùn)動(dòng)，甚至對(duì)外做功，這類裝置被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。根據(jù)能量守恒定律，在無外界能量供給的情況下，使機(jī)器不斷對(duì)外做功是不可能的。能量守恒定律否定了制造第一類永動(dòng)機(jī)的可能性。第一類永動(dòng)機(jī)二、能量守恒定律珍惜大自然03一、自然過程的方向性在大多數(shù)自然情況下，能量最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。秋千來回往復(fù)，擺幅越來越小，最后停下。機(jī)械能內(nèi)能熱茶水很快會(huì)涼下來。溫度高溫度低內(nèi)能內(nèi)能總是自發(fā)的從溫度較高的物體向溫度較低的物體轉(zhuǎn)移，不能自發(fā)的從溫度低向溫度物體轉(zhuǎn)移。研究表明機(jī)械能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能自發(fā)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。自然界中的宏觀過程具有方向性。

這種從單一熱源吸取熱量并使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其他變化的機(jī)器稱為第二類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)雖然不違背熱力學(xué)第一定律，但違背了熱力學(xué)第二定律，也不可能實(shí)現(xiàn)的。所以，熱力學(xué)第二定律也可以表述為：歷史上曾有人夢(mèng)想制造一種機(jī)器，它可直接從海洋或大氣中吸取熱量，使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。他們認(rèn)為，海洋和大氣的熱量是取之不盡的，因而這種機(jī)器可永不停息地運(yùn)轉(zhuǎn)做功。第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。一、自然過程的方向性二、熵與地球家園1、物理學(xué)中用熵來量度系統(tǒng)的無序程度，用符號(hào)S表示。處于不同狀態(tài)的物體，分子運(yùn)動(dòng)的無序程度也不一樣2、熵值越大，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無序程度越高。熵值越小，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就越有序。二、熵與地球家園如果在房間里打開花露水瓶的蓋子，瓶子里的香精分子會(huì)自發(fā)地彌散到整個(gè)房間。這一過程中，由空氣分子和香精分子組成的系統(tǒng)變得更加無序了。

熵值增加二、熵與地球家園能量的轉(zhuǎn)化是有方向性的，內(nèi)能不可能自發(fā)地、不引起任何變化地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。能量在轉(zhuǎn)化過程中，會(huì)伴隨著內(nèi)能的產(chǎn)生，從而做功的本領(lǐng)就會(huì)降