2020教科版高中物理必修二4.6《能源的開發(fā)與利用》課件

6能源的開發(fā)與利用6能源的開發(fā)與利用11．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(xué)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．1．知道自然界中存在多種形式的能量．2一、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(xué)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(xué)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一、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3二、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(fēng)能海洋能太陽能地?zé)崮軞淠苌镔|(zhì)能核聚變能可再生較小清潔能源二、能源的利用柴草煤炭石油煤石油能源短缺環(huán)境惡化風(fēng)能海洋能太4一、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(xué)能、電能、光能、太陽能、風(fēng)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(dāng)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．一、對能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的理解5(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．2020教科版高中物理必修二46

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．能量守恒定律的理解7②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(rèn)識自然的重要依據(jù)．1933年意大利科學(xué)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(xué)家公認(rèn)的中微子．這一事例說明了能量守恒定律，已成為人類認(rèn)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．2020教科版高中物理必修二48二、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．二、能源的開發(fā)與利用9(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?zé)崮?、風(fēng)能、水能、核能．2020教科版高中物理必修二410(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(biāo)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．(4)人類與能源的關(guān)系．11(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．2020教科版高中物理必修二412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13C．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BDC．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)14【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(fù)功，使減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，正確選項為D. 答案D【變式1】15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？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162020教科版高中物理必修二417【變式2】 風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲取方式．設(shè)計每臺風(fēng)力發(fā)電機的功率為40kW.實驗測得風(fēng)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(dāng)?shù)厮斤L(fēng)速約為10m/s，問風(fēng)力發(fā)電機的葉片長度約為多少才能滿足設(shè)計要求？2020教科版高中物理必修二418答案9.94m答案9.94m19新能源汽車《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)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．新能源汽車20純電動汽車

電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動的汽車，大部分車輛直接采用電機驅(qū)動，有一部分車輛把電動機裝在發(fā)動機艙內(nèi)，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉(zhuǎn)子，其難點在于電力儲存技術(shù)．本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)．圖4－6－1純電動汽車圖4－6－121燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電機驅(qū)動的汽車．其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒直接變成電能．燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛．圖4－6－2燃料電池汽車圖4－6－222氫動力汽車

以氫氣為汽車燃料這種說法剛出來時嚇人一跳，但事實上是有根據(jù)的．氫具有很高的能量密度，釋放的能量足以使汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)，而且氫與氧氣在燃料電池中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)只生成水，沒有污染．因此，許多科學(xué)家預(yù)言，以氫為能源的燃料電池是21世紀(jì)汽車的核心技術(shù)，它對汽車工業(yè)的革命性意義，相當(dāng)于微處理器對計算機業(yè)那樣重要．中國長安汽車在2007年完成了中國第一臺高效零排放氫內(nèi)燃機點火，并在2008年北京車展上展出了自主研發(fā)的中國首款氫動力概念跑車“氫程”．圖4－6－3氫動力汽車圖4－6－323燃?xì)馄嚾細(xì)馄囀侵赣脡嚎s天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)和液化天然氣(LNG)作為燃料的汽車．燃?xì)馄囉捎谄渑欧判阅芎?，可調(diào)整汽車燃料結(jié)構(gòu)，運行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠．生物乙醇汽車乙醇俗稱酒精，通俗些說，使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車．用乙醇代替石油燃料的活動歷史已經(jīng)很長，無論是從生產(chǎn)上和應(yīng)用上的技術(shù)都已經(jīng)很成熟．燃?xì)馄?4【典例3】電動車所需能量由它所攜帶的蓄電池供給．圖4－ 6－4為某類電動車與汽油車性能的比較．通常車用電動機的質(zhì)量是汽油機的4倍或5倍．為促進電動車的推廣使用，在技術(shù)上主要應(yīng)對電動車的________、________等部件加以改進．2020教科版高中物理必修二425圖4－6－4圖4－6－426給電動車蓄電池充電的能量實際上來自于發(fā)電站．一般發(fā)電站燃燒燃料所釋放出來的能量僅30%轉(zhuǎn)化為電能，在向用戶輸送及充電過程中又損失了20%，這意味著使用電動車時能量轉(zhuǎn)化的總效率約為________%.解析根據(jù)題意，使用電動車時能量轉(zhuǎn)化的總效率約為30%×80%×70%＝16.8%.答案蓄電池電動機16.8

2020教科版高中物理必修二427能量守恒定律1．下列說法正確的是 ()． A．隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的 B．太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了 C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的 D．有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產(chǎn)生能量守恒定律28解析永動機是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對外做功的裝置，歷史上曾出現(xiàn)過各式各樣的所謂永動機的發(fā)明，結(jié)果都以失敗告終，原因就是違背了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律．人類只能發(fā)現(xiàn)規(guī)律、利用規(guī)律，但絕不可以創(chuàng)造規(guī)律、改變規(guī)律，違背規(guī)律行事，即使以后科技再發(fā)達(dá)，也要受自然規(guī)律的制約，所以永動機是永遠(yuǎn)不可能制成的，A錯．太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極小的一部分，就形成了風(fēng)云雨雪，使萬物生長，但輻射到星際空間的能量也沒有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯．解析永動機是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對外做功的裝置29馬和其他動物，包括人要運動，必須消耗能量，動物的能量來源是食物中儲存的生物質(zhì)能，C正確．所謂“全自動”手表其內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，一般是一個擺錘，當(dāng)人戴著手表活動時，使擺錘不停擺動，給游絲彈簧補充能量，才會維持手表的走時．如果把這種表放在桌面上靜置兩天，它一定會停擺的，D錯．答案C2020教科版高中物理必修二4302．下面設(shè)想不符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的是()． A．利用永久磁鐵間的作用力，造一臺永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動的機械 B．做成一條船，利用流水的能量逆水航行 C．通過太陽照射飛機，即使飛機不帶燃料也能飛行 D．利用核動力，使地球離開太陽系2020教科版高中物理必修二431解析利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動停止，故A錯，讓船先靜止在水中，設(shè)計一臺水力發(fā)電機使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為