12.4能源與可持續(xù)發(fā)展（導(dǎo)學(xué)案）高二物理（人教版2019）

第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、列舉各種實例，說明能量是如何轉(zhuǎn)化的，解釋能量守恒定律的含義。2、通過實例分析知道能量耗散，認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性。3、收集資料，討論能源的開發(fā)與利用所帶來的環(huán)境污染問題，認(rèn)識環(huán)境污染的危害，思考科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，具有環(huán)境保護(hù)的意識和行動。4、了解太陽能、水能、核能和風(fēng)能等能源的開發(fā)利用，知道利用能量是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。知道人類利用的能量來自可再生能源和不可再生能源，認(rèn)識合理使用能源的重要性，具有可持續(xù)發(fā)展觀念，養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣?！緦W(xué)習(xí)重難點】學(xué)習(xí)重點：讓學(xué)生認(rèn)識到目前面臨的能源與環(huán)境問題，理解這兩個社會問題產(chǎn)生的原因，使學(xué)生理解開發(fā)利用清潔能源的價值，形成應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。學(xué)習(xí)難點：讓學(xué)生認(rèn)識到目前面臨的能源與環(huán)境問題，理解這兩個社會問題產(chǎn)生的原因，使學(xué)生理解開發(fā)利用清潔能源的價值，形成應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感?！局R回顧】1、能量守恒定律：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)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2、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?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都具有方向性。一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都有方向性。2、在能量轉(zhuǎn)化過程中，散失到環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫能量的耗散。這一現(xiàn)象是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。它表明，在能源的利用過程中,能量的總量守恒,但在可利用的品質(zhì)上降低了。3、凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源。能源可劃分為不可再生能源（又叫作化石能源，即煤炭、石油和天然氣）和可再生能源（水能、風(fēng)能、潮汐能等能源）?！菊n堂探究】第一部分能量守恒定律能量守恒定律：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)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。思考：電路中的能量轉(zhuǎn)化情況是什么？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。第二部分能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性思考：把剛煮好的熱雞蛋放到冷水中，過一會，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：原來溫度相同的雞蛋和水，過一會水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升？這說明了什么？不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。這說明，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。【提問】物體所具有的內(nèi)能能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？這說明了什么？不能。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)地且不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。上述分析說明，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都有方向性。在能量轉(zhuǎn)化過程中，散失到環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫能量的耗散。電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(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。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程具有方向性。能量耗散表明，在能源的利用過程中,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。第三部分能源的分類與應(yīng)用凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源。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。化石能源無法在短時間內(nèi)再生，所以這類能源被叫作不可再生能源。水能、風(fēng)能、潮汐能等能源，歸根結(jié)底來源于太陽能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。我國能源發(fā)展概況：①太陽能發(fā)電。②水力發(fā)電。③風(fēng)能發(fā)電。④核能發(fā)電。第四部分能源與社會發(fā)展能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。自工業(yè)革命以來，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了煤炭。但煤炭和石油資源是有限的。能源使用過程中帶來的環(huán)境問題：①溫室效應(yīng)。②酸雨。③光化學(xué)煙霧?！咀晕覝y評】1．（2022上·廣西·高二學(xué)業(yè)考試）能源可劃分為一次能源和二次能源。自然界以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源；需要依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二次能源。下列敘述正確的是（）A．水能是二次能源 B．電能是二次能源C．天然氣是二次能源 D．焦?fàn)t氣是一次能源【答案】B【詳解】A．水能從自然界直接獲取，是一次能源，A錯誤；B．電能是需要其他能源轉(zhuǎn)化的，是二次能源，B正確；C．天然氣可以直接從自然界獲取，是一次能源，C錯誤；D．焦?fàn)t氣是經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化的，屬于通過其他能源的能量間接制取，是二次能源，D錯誤。故選B。2．（2022上·浙江紹興·高二統(tǒng)考階段練習(xí)）關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是（）A．化石能源是清潔能源；水能是可再生能源B．能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性C．在能源的利用過程中，由于能量在數(shù)量上并未減少，所以不需要節(jié)約能源D．能量耗散現(xiàn)象說明：在能量轉(zhuǎn)化的過程中，雖然能的總量并不減小，但能量品質(zhì)降低了【答案】BD【詳解】A．化石能源在燃燒時放出二氧化硫、二氧化碳等氣體，會形成酸雨和溫室效應(yīng)，破壞生態(tài)環(huán)境，不是清潔能源，水能是可再生資源，故A錯誤；B．能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性；故B正確；C．有一些重要的不可再生能源是可以被用完的，所以在能源的利用過程中，需要節(jié)約能源，故C錯誤；D．能量耗散現(xiàn)象說明：在能量轉(zhuǎn)化的過程中，雖然能的總量并不減少，但能量品質(zhì)降低了；例如，內(nèi)燃機(jī)燃燒汽油把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終機(jī)械能又會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而最終的內(nèi)能人們很難再重新利用，所以我們說能量的品質(zhì)下降了，故D正確。故選BD。3．（2022·山西太原·高二校聯(lián)考階段練習(xí)）能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性，下列哪些現(xiàn)象屬于能量的耗散（）A．利用水能發(fā)電轉(zhuǎn)變成電能 B．利用太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)變成電能C．電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能 D．火爐把房間的溫度升高【答案】D【詳解】能量的耗散是有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到環(huán)境中無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象，各種形式的能量向內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向是無序程度較小向無序程度較大的轉(zhuǎn)變，是能自動發(fā)生、全額發(fā)生的，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。本題中機(jī)械能、太陽能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能只是能量轉(zhuǎn)換,一種形式的能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，相互之間是可以互相轉(zhuǎn)化的，沒有涉及系統(tǒng)的內(nèi)能流散到周圍環(huán)境中。利用水能發(fā)電轉(zhuǎn)變成電能、利用太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)變成電能、電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能都是能量相互轉(zhuǎn)化，而火爐把房間的溫度升高，屬于能量耗散的過程中能量向品質(zhì)低的大氣內(nèi)能轉(zhuǎn)變。故ABC錯誤，D正確。故選D。4．（2022·江蘇常州·高二階段練習(xí)）研究影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率P的模型如圖所示。風(fēng)對葉片做功，將部分風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)葉片的旋轉(zhuǎn)半徑為r、風(fēng)速恒為v、空氣質(zhì)量分布均勻且密度恒定，則（）A．P∝rv3 B．P∝r2v2 C．P∝r2v3 D．P∝rv4【答案】C【詳解】設(shè)空氣密度為ρ，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率為η，則時間t內(nèi)，流過葉片轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)的空氣具有的動能為E=所以，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率為P=即有P∝故選C。5．（2022·浙江·長興縣教育研究中心高二期中）如圖為裝在屋頂上的太陽能電池板，每塊電池板的面積為2m2。晴天時，電池板每平方米每分鐘接收到的太陽能為6×104J，電池板的光電轉(zhuǎn)化效率為25%。以下說法正確的是（）A．太陽能為可再生能源B．電池板的光電轉(zhuǎn)化效率25%表示此過程能量不守恒C．晴天時太陽照射2h，每塊電池板的產(chǎn)生的電能1.44×107JD．晴天時的一天，一塊電池板產(chǎn)生的電能可以提供十盞60W的白熾燈正常工作20小時【答案】A【詳解】A．太陽能可以從自然界里源源不斷的得到補(bǔ)充，屬于可再生能源，故A正確；B．電池板的光電轉(zhuǎn)化效率25%只是表示太陽能有25%能轉(zhuǎn)化成電能，并不代表能量不守恒，故B錯誤；C．由題意可知晴天時太陽照射2h，每塊電池板的產(chǎn)生的電能E=2×6×故C錯誤；D．晴天時的一天，日照按8h計算，一塊電池板產(chǎn)生的電能為E能讓十盞60W的白熾燈工作的時間t=故D錯誤。本題選不正確的，故選A。【學(xué)后反思】________________________________________________________________________________________