機械能和能源

6能源的開發(fā)與利用1．知道自然界中存在多種形式的能量．2．能舉例說明能源與人類生存和社會發(fā)展的關(guān)系，讓學生了解能源對社會、經(jīng)濟發(fā)展的影響．3．通過新能源和常規(guī)燃料對比，了解新能源的優(yōu)點．一、能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會憑空

，也不會憑空

，它只能從一種形式

為另一種形式，或者從一個物體

到另一個物體．在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量

．歷史上，科學家們一直在研究各種不同的自然現(xiàn)象之間能量變化的普遍聯(lián)系，其中包括力與熱、電與熱、電與磁等聯(lián)系．直到1847年德國物理學家

在理論上概括和總結(jié)了能量守恒定律．產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變亥姆霍茲二、能源的利用人類對能源的利用大致經(jīng)歷了三個時期，即

時期、

時期、

時期，自工業(yè)革命以來，

和

成為人類的主要能源．

和

已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題．三、新能源的開發(fā)目前，正在開發(fā)的新能源有

、

、

、

、

、

及

等．新能源的優(yōu)點：新能源多為

能源，且污染

，被稱為

．柴草煤炭石油煤石油能源短缺環(huán)境惡化風能海洋能太陽能地熱能氫能生物質(zhì)能核聚變能可再生較小清潔能源(3)功是能量轉(zhuǎn)化的量度：①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之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)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)化的量度．②能量的具體值往往無多大意義，我們關(guān)心的大多是能量的變化量，能量的變化必須通過做功才能實現(xiàn)，某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系，即所謂功能關(guān)系．一、對能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的理解對能量概念的理解

(1)形式：能量有各種不同的形式，運動的物體具有動能；被舉高的重物具有重力勢能；發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢能；另外還有內(nèi)能、化學能、電能、光能、太陽能、風能、潮汐能、原子能等不同形式的能．

(2)能量的轉(zhuǎn)化：各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，且轉(zhuǎn)化過程中總量保持不變，也就是說當某個物體能量減少多少時，一定存在其他物體能量增加多少．能量守恒定律的理解

(1)對能量守恒定律的理解要抓住三個要點： ①自然界存在著多種形式的能量； ②在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移； ③在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．

(2)能量守恒定律的重要意義： ①能量守恒定律是普遍適用的——對宏觀世界、微觀世界、高速運動、低速運動等都成立．②能量守恒定律反映了自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系．③能量守恒定律是人類認識自然的重要依據(jù)．1933年意大利科學家費米，在研究β衰變的過程中發(fā)現(xiàn)，能量不守恒，于是他根據(jù)能量守恒定律大膽預(yù)言了還有一種未發(fā)現(xiàn)的粒子，這就是現(xiàn)在已被科學家公認的中微子．這一事例說明了能量守恒定律，已成為人類認識自然的重要依據(jù)．④能量守恒定律是人類利用自然的重要武器．二、能源的開發(fā)與利用

正確理解能源和能量耗散

(1)能量盡管是守恒的，但不同形式的能量在可利用的品質(zhì)上是不同的，有的能量便于利用，有的能量不便于利用，能量的利用過程使能量從便于利用的形式變?yōu)殡y以利用的形式，所以要節(jié)約能源．

(2)為什么煤、石油和天然氣被人們稱為非再生能源？ 由于煤、石油和天然氣都是幾億年以前的生物遺體形成的，所以人們也稱它們?yōu)榛剂希捎谶@些能源是不能再次生產(chǎn)，也不可能重復(fù)使用的，所以稱為非再生能源．(3)人類利用能源的過程及新能源的開發(fā)和利用．①人類利用能源大致經(jīng)歷的三個時期是：柴草時期、煤炭時期、石油時期．②有待開發(fā)和利用的新能源主要指：太陽能、地熱能、風能、水能、核能．(4)人類與能源的關(guān)系．能源的利用給人類的生活帶來了極大的改善，人類社會每一次重大的經(jīng)濟飛躍和產(chǎn)業(yè)革命，都與新的能源和動力裝置的利用密切相關(guān)．能源消耗的多少已經(jīng)成為衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志．所以說人類離不開能源．另一方面能源的大量使用會給環(huán)境帶來極大的破壞，例如人類在利用化石燃料的過程中產(chǎn)生的煙塵，污染大氣，造成酸雨和溫室效應(yīng)，對人類造成危害．(5)自然界中自發(fā)的能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性．①熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳遞給低溫物體，但不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體．②冒起的煤煙和散開的炭灰不可能又重新組合成一堆煤炭．③散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收重新利用．能量守恒定律

【典例1】

一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平 面上的木塊，并從中穿出．對于這一過程，下列說法正確的是(

)．

A．子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能

B．子彈和木塊組成的系統(tǒng)機械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生 的熱量C．子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和D．子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和解析子彈射穿木塊的過程中，由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動能減少，木塊獲得動能，同時產(chǎn)生熱量，且系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在數(shù)值上等于系統(tǒng)機械能的損失．A選項沒有考慮系統(tǒng)增加的內(nèi)能，C選項中應(yīng)考慮的是系統(tǒng)(子彈、木塊)內(nèi)能的增加，C錯．答案BD【變式1】

自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，下列說法正確的是(

)．

A．機械能守恒

B．能量正在消失

C．只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化

D．減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒 解析自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明機械能減少，摩擦阻力對秋千做負功，使減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，正確選項為D.

答案D能量轉(zhuǎn)化問題分析

【典例2】

某高度處每噸水記作M，相對發(fā)電機具有勢能

E0，落下來經(jīng)過發(fā)電機后，還具有動能E.不計其他能量損失，一晝夜時間記作t0，通過發(fā)電機的水流量為Q(Q為每秒鐘水流過的體積)，水的密度為ρ.則一晝夜里水對水輪發(fā)電機做多少功？如發(fā)電機的發(fā)電效率為η，則發(fā)電機每晝夜的發(fā)電量是多少？【變式2】

風力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲取方式．設(shè)計每臺風力發(fā)電機的功率為40kW.實驗測得風的動能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%，空氣的密度是1.29kg/m3，當?shù)厮斤L速約為10m/s，問風力發(fā)電機的葉片長度約為多少才能滿足設(shè)計要求？答案9.94m新能源汽車《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)則》已于2009年7月1日正式實施．新能源汽車包括混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池電動汽車(FCEV)、氫發(fā)動機汽車、其他新能源(如高效儲能器、二甲醚)汽車等各類別產(chǎn)品．混合動力汽車混合動力是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機/發(fā)動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型．按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種．純電動約汽車電動汽車消顧名思義次就是主要采用電房誠力驅(qū)動別的汽車溉，大部斜分車輛直接悄采用電擇機驅(qū)動裕，有一方部分車輛把電需動機裝在燥發(fā)動機艙益內(nèi)，也有一部掌分直接以魯車輪作為布四臺電動獲機的轉(zhuǎn)子斃，其難點陷在于電力賽儲存技術(shù)卷．本身不斧排放污染芳大氣的有親害氣體，棋即使按所任耗電量換遺算為發(fā)電敘廠的排放邊，除硫和布微粒外，森其它污染辦物也顯著喝減少，由飛于電廠大她多建于遠客離人口密寄集的城市茂，對人類禽傷害較少塌，而且電活廠是固定腔不動的，詢集中的排競放，清除紫各種有害蚊排放物較美容易，也何已有了相雙關(guān)技術(shù)．圖4－6－1燃料電池圾汽車燃料電池味汽車是指異以氫氣、甲醇等為貼燃料，通給過化學反酸應(yīng)產(chǎn)生電厭流，依它靠電機融驅(qū)動的罵汽車．其電諷池的能量邀是通過氫如氣和氧氣御的化學激作用，掉而不是靈經(jīng)過燃燒瓦直接變嚼成電能年．燃料向電池的泉化學反淡應(yīng)過程捎不會產(chǎn)兇生有害統(tǒng)產(chǎn)物，魔因此燃鳴料電池宅車輛是欠無污染競汽車，租燃料電獲池的能盼量轉(zhuǎn)換觸效率比褲內(nèi)燃機石要高2～3倍，因此耀從能源的鬼利用和環(huán)貸境保護方責面，燃料只電池汽車逢是一種理歪想的車輛石．圖4－6－2氫動力棍汽車以氫氣為甜汽車燃料柏這種說法剛出來時屑嚇人一跳拍，但事實雁上是有根據(jù)教的．氫豈具有很黨高的能倘量密度，釋放摧的能量足購以使汽車餅發(fā)動機運轉(zhuǎn)，稻而且氫與康氧氣在燃蠟料電池中桌發(fā)生化學鏟反應(yīng)只生怕成水，沒尾有污染．瘦因此，許唇多科學家于預(yù)言，以摩氫為能源耗的燃料電勤池是21世紀汽車等的核心技絹術(shù)，它對篩汽車工業(yè)庸的革命性霞意義，相芒當于微處池理器對計盈算機業(yè)那縮慧樣重要．中國長安蘿汽車在2007年完成露了中國仗第一臺娘高效零巷排放氫賤內(nèi)燃機暢點火，娘并在2008年北京數(shù)車展上累展出了嫂自主研稼發(fā)的中蕉國首款塌氫動力船概念跑枯車“氫家程”．圖4－6－3燃氣汽踐車燃氣汽車敵是指用壓慮縮天然氣(CN文G)、液化判石油氣(LPG全)和液化聽天然氣(LN錦G)作為燃料糾的汽車．艇燃氣汽車綢由于其排仙放性能好紅，可調(diào)整忘汽車燃料刺結(jié)構(gòu)，運蛾行成本低鑼、技術(shù)成久熟、安全燃可靠．生物乙鄭醇汽車乙醇俗稱售酒精，通訓俗些說，擾使用乙醇季為燃料的蘭汽車，也坐可叫酒精頂汽車．用蓮乙醇代替轎石油燃料蹄的活動歷夾史已經(jīng)很收長，無論哀是從生產(chǎn)壤上和應(yīng)用何上的技術(shù)堂都已經(jīng)很饞成熟．【典例3】電動車所作需能量由劍它所攜帶佛的蓄電池料供給．圖4－6－4為某類拒電動車怎與汽油蜻車性能淚的比較晉．通常勻車用電鎖動機的冠質(zhì)量是裝汽油機接的4倍或5倍．為蓋促進電愁動車的鳳推廣使柜用，在武技術(shù)上碑主要應(yīng)摔對電動蕩車的___布___惑__、___諒___駕__等部件奪加以改敬進．圖4－6－4給電動車跑蓄電池充殲電的能量狂實際上來際自于發(fā)電泥站．一般舟發(fā)電站燃富燒燃料所捎釋放出來號的能量僅30%轉(zhuǎn)化為蔑電能，散在向用融戶輸送犯及充電泥過程中孫又損失體了20%，這意味蘆著使用電泉動車時能濫量轉(zhuǎn)化的胖總效率約挪為____株____繭%.解析根據(jù)題沙意，使碗用電動疊車時能初量轉(zhuǎn)化情的總效貧率約為30%×80%×70%＝16.舟8%.答案蓄電池量電動召機16.買8能量守恒學定律1．下列攻說法正嫩確的是()．A．隨著科加技的發(fā)展錫，永動機喂是可以制逐成的B．太陽弄照射到驕地球上草的光能澇轉(zhuǎn)化成鮮了其他扯形式的質(zhì)能量，但照射到校宇宙空間拴的能量都氏消失了C．“既要挽馬兒跑，詞又讓馬兒別不吃草”悄違背了能諷量轉(zhuǎn)化和守恒定責律，因休而是不彩可能的D．有種沈“全自農(nóng)動”手兔表，不站用上發(fā)勢條，也稈不用任月何形式的電源偵，卻能葛一直走太動，說痰明能量強可以憑該空產(chǎn)生解析永動機是齡指不消耗性或少消耗半能量，而印可以大量睜對外做功準的裝置，腦歷史上曾蠟出現(xiàn)過各惠式各樣的翅所謂永動困機的發(fā)明征，結(jié)果都毛以失敗告口終，原因傭就是違背譯了能量的竊轉(zhuǎn)化和守殼恒定律．升人類只能壟發(fā)現(xiàn)規(guī)律疏、利用規(guī)粘律，但絕圈不可以創(chuàng)困造規(guī)律、字改變規(guī)律評，違背規(guī)談律行事，獎即使以后?？萍荚侔l(fā)懼達，也要細受自然規(guī)堆律的制約春，所以永常動機是永殿遠不可能稱制成的，A錯．太陽輻射條大量的能罪量，地球期只吸收了摘極小的一旗部分，就屬形成了風陳云雨雪，描使萬物生畝長，但輻肚射到星際羅空間的能府量也沒有導消失，一巡壽定是轉(zhuǎn)化鄭成了別的恢能量，B錯．馬和其他濕動物，包伍括人要運科動，必須批消耗能量搜，動物的甩能量來源走是食物中也儲存的生擊物質(zhì)能，C正確．所謂“全自動”手表其內(nèi)暴部還是有食能量轉(zhuǎn)化靈裝置的，技一般是一應(yīng)個擺錘，借當人戴著無手表活動鐵時，使擺幻玉錘不停擺唇動，給游洞絲彈簧補難充能量，次才會維持唇手表的走復(fù)時．如果蔬把這種表屠放在桌面努上靜置兩刺天，它一擾定會停擺撓的，D錯．答案C2．下面臺設(shè)想不烈符合能勤量轉(zhuǎn)化醒和守恒停定律的面是()．A．利用育永久磁儉鐵間的皆作用力省，造一塌臺永遠蜂轉(zhuǎn)動的貧機械B．做成拴一條船集，利用塵流水的飾能量逆腎水航行C．通過捐太陽照尤射飛機乓，即使搜飛機不除帶燃料蓮也能飛洞行D．利用核讓動力，使涌地球離開厚太陽系解析利用磁勺場能可贊以使磁呢鐵所具齡有的磁切場能轉(zhuǎn)仆化為動買能，但第由于摩渾擦力的銳不可避仔免性，猜動能最榆終轉(zhuǎn)化扔為內(nèi)能祖使轉(zhuǎn)動蓋停止，準故A錯，讓汗船先靜仗止在水樹中，設(shè)饞計一臺嬸水力發(fā)碰電機使頂船獲得斧足夠電勿能，然訴后把電戴能轉(zhuǎn)化紅為船的上動能使槐船逆水借航行；確同理可嚴利用光仔能的可陜轉(zhuǎn)化性埋和電能羨的可收伯集性，場使光能美轉(zhuǎn)化為辮飛機的社動能，懷實現(xiàn)飛珠機飛行像，故B、C正