新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展課件新人教版

4.能源與可持續(xù)發(fā)展第十二章2022內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.列舉各種實例,說明能量是如何轉化的,解釋能量守恒定律的含義。(物理觀念)2.通過實例分析能量耗散,認識自然界中能量轉化的方向性。(科學思維)3.收集資料,討論能源的開發(fā)和利用所帶來的環(huán)境問題,認識環(huán)境污染的危害,具有環(huán)境保護的意識和行動。(科學態(tài)度與責任)4.了解太陽能、水能、核能和風能等能源的開發(fā)利用,知道利用能源是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。知道人類利用的能源來自可再生能源和不可再生能源,認識合理使用能源的必要性,具有可持續(xù)發(fā)展觀念,養(yǎng)成節(jié)能的習慣。(科學態(tài)度與責任)思維導圖課前篇自主預習【必備知識】一、能量守恒定律能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到別的物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總量保持不變。二、能量轉移或轉化的方向性1.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。2.能量的耗散:其他形式的能轉化為內能后很難再重復利用,這種現象叫作能量的耗散。3.能量的耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。三、能源的分類與應用

能源分類方法能源分類名稱特點舉例按形式或轉換特點分一次能源自然形成,未經加工太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能二次能源由一次能源經加工轉換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣新能源正在開發(fā),或有新的利用方式太陽能、地熱能、海洋能、核能能源分類方法能源分類名稱特點舉例按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用水能、風能不可再生能源短期內無法轉換獲得煤、石油、天然氣按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風能、水能污染能源會嚴重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)四、能源與社會發(fā)展1.人類對能源的利用大致經歷了三個時期,即柴薪時期、煤炭時期、石油時期。自工業(yè)革命以來,煤和石油成為人類的主要能源。2.能源短缺和過度使用化石能源帶來的環(huán)境惡化已成為關系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題。3.人類與能源的關系(1)有利方面: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濟飛躍和生產革命,都與新的能源和動力機械的利用密切相關,人類的生存與發(fā)展需要能源。(2)不利方面:能源的開發(fā)與使用會對環(huán)境造成影響,如大氣污染、溫室效應、酸雨等,對人類造成很大的危害?！咀晕覚z測】1.正誤判斷,判斷結果為錯誤的小題說明原因。(1)由能量守恒定律知,能量是取之不盡用之不竭的,不用節(jié)約能源。(

)答案

×解析

能量的耗散表明,在能源的利用過程中,能量在數量上雖未減少,但在可利用的品質上降低了,從便于利用的能源變成不便于利用的能源。所以自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源。(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體,也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。(

)答案

×解析

熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體,但是不可以自發(fā)地、不引起任何變化地從低溫物體傳向高溫物體。(3)煤、石油、天然氣屬于不可再生能源。(

)答案

√(4)能量不能創(chuàng)造,不能再生,能量只能進行轉化或轉移,但能量間的轉化或轉移具有方向性。(

)答案

√2.下列對能量守恒定律的認識錯誤的是(

)A.某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加B.某個物體的能減少,必然有其他物體的能增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不可能制成的D.石子從空中落下,最后靜止在地面上,說明能量消失了答案

D解析

根據能量守恒定律得知,某種形式的能減少,其他形式的能一定增大;某個物體的能量減少,必然有其他物體的能量增加,A、B正確;不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機,違反了能量守恒定律,不可能制成,C正確;石子在運動和碰撞中機械能轉化為了石子本身及周圍物體的內能,能量并沒有消失,故D錯誤。課堂篇探究學習探究一對能量守恒定律的理解【知識歸納】1.能量守恒定律的重要意義(1)能量守恒定律是普遍適用的,對宏觀世界與微觀世界、高速運動與低速運動等都成立。(2)能量守恒定律反映了自然現象的普遍聯系,對人類認識自然、改造自然起著重要的指導作用。(3)能量守恒定律徹底否定了第一類永動機的存在,即不需要任何動力和燃料,卻能不斷對外做功的機械是不可能存在的。2.表達式(1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。(2)ΔE增=ΔE減,能量的增加量等于能量的減少量?！镜淅痉丁坷?風能是一種很好的再生能源,而且對環(huán)境的污染較小,近年來我國在西北地區(qū)建立了許多風力發(fā)電廠。如圖所示為風力發(fā)電的情形。已知:空氣的密度為ρ,風輪機葉片的長度為r,若風速為v0,每臺風力發(fā)電機輸出電功率為P,風能就是空氣定向流動的動能,通過風輪機葉片旋轉一周掃過面積的最大風能為可利用風能。求此過程中:(1)每臺風力發(fā)電機獲得的可利用風能的功率表達式。(2)風力發(fā)電機利用風能的效率表達式。規(guī)律方法

利用能量守恒定律解題的基本思路(1)分清有哪幾種形式的能(如機械能、內能等)在變化。(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式。(3)列等式ΔE減=ΔE增求解。變式訓練1瀑布從20m高處以103m3/s的流量豎直落下,流進底部的水輪機后再以2m/s的速度流出,水輪機再帶動發(fā)電機發(fā)電。如果水的機械能轉化為電能的效率是80%,那么發(fā)電機發(fā)出的電功率有多大?(瀑布在山頂的速度可忽略不計,g取10m/s2,水的密度為1×103kg/m3)答案

1.58×108

W探究二能源和可持續(xù)發(fā)展【情境導引】說明下列能源利用方式中的能量轉化過程是怎樣的?(1)水力發(fā)電;(2)電動水泵抽水;(3)柴油機牽引列車前進;(4)火箭發(fā)射人造衛(wèi)星。要點提示

(1)水力發(fā)電是將水的機械能轉化為電能。(2)電動水泵抽水是將電能轉化為水的機械能。(3)柴油機牽引列車前進是將柴油的化學能先轉化為內能,再轉化為列車的機械能。(4)火箭發(fā)射人造衛(wèi)星是將燃料的化學能轉化為衛(wèi)星的機械能?！局R歸納】1.對“能量耗散和品質降低”

的理解(1)各種形式的能最終都轉化為內能,流散到周圍的環(huán)境中,分散在環(huán)境中的內能不管數量多么巨大,它也只能使地球、大氣稍稍變暖一點,卻再也不能驅動機器做功了。(2)從可被利用的價值來看,內能較之機械能、電能等,是一種低品質的能量。由此可知,能量耗散雖然不會導致能量的總量減少,卻會導致能量品質的降低,實際上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。(3)能量耗散導致可利用能源減少,所以要節(jié)約能源。2.能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源。(1)不可再生能源:無法在短時間內再生,例如煤、石油、天然氣。(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、風能、潮汐能、生物能、地熱能等。3.能源的開發(fā)與利用關系圖

【典例示范】例2(多選)下列關于能量耗散的說法正確的是(

)A.能量耗散使能的總量減少,違背了能量守恒定律B.能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內能很難再被人類利用C.各種形式的能量都可以轉化為內能D.能量耗散導致能量品質降低答案

BCD解析

能量耗散是能量在轉化的過程中有一部分以內能的形式被周圍環(huán)境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品質降低,故選項A錯誤,選項D正確;耗散的內能很難再被利用,選項B正確;各種形式的能在一定的條件下可以全部轉化為內能,選項C正確。故選B、C、D。規(guī)律方法

能量耗散不僅遵循能量守恒定律,而且從能量的角度反映出自然界與熱現象有關的宏觀過程具有方向性。變式訓練2(多選)下面關于能源的說法正確的是(

)A.一切能源都是取之不盡、用之不竭的B.能源是有限的,特別是常規(guī)能源,如煤、石油、天然氣等C.大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化,故提倡開發(fā)利用新能源D.核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大答案

BC解析

盡管能量守恒,但耗散的內能很難重新收集利用,所以能源是有限的,特別是常規(guī)能源,A錯誤,B正確;常規(guī)能源的利用比核能等新能源的利用對環(huán)境的影響大,C正確,D錯誤。

隨堂訓練1.下列說法正確的是(

)A.能量耗散說明能量在不斷減少B.能量耗散從能量轉化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C.熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體D.在火力發(fā)電機中,燃氣的內能會全部轉化為電能答案

B解析

能量耗散是指能量的可利用率越來越低,由于能量守恒,故能量不會減少,選項A錯誤;與熱現象有關的宏觀自然過程有其方向性,能量耗散就是從能量的角度反映了這種方向性,選項B正確;能量轉化和轉移具有方向性,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體,但可以借助其他辦法實現,選項C錯誤;火力發(fā)電機發(fā)電時,能量轉化的過程為化學能—內能—機械能—電能,因為內能—機械能的轉化過程中會對外放出熱量,故燃氣的內能不會全部變?yōu)殡娔?選項D錯誤。2.(多選)下列關于能源的說法正確的是(

)A.石油、天然氣都屬于新能源B.能量耗散不遵循能量守恒定律C.能量耗散會導致能量品質降低D.為了可持續(xù)發(fā)展,必須節(jié)約能源答案

CD解析

石油、天然氣屬于常規(guī)能源,A項錯誤;能量耗散同樣遵循能量守恒定律,但能量耗散導致能量品質降低,B項錯誤,C項正確;因可用能源正在減少,故為了可持續(xù)發(fā)展,必須節(jié)約能源,D項正確。3.市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)。在陽光的照射下,小電扇快速轉動,能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽。該裝置的能量轉化情況是(

)A.太陽能→電能→機械能

B.太陽能→機械能→電能C.電能→太陽能→機械能

D.機械能→太陽能→電能答案

A解析

太陽能電池板把太陽能轉化為電能,小電動機把電能轉化為機械能,故A正確,B、C、D錯誤。4.(多選)煤是重要的能源和化工原料,直接燃燒既浪費資源又污染環(huán)境。最近,某企業(yè)利用“煤粉加壓氣化制備合成氣新技術”,讓煤變成合成氣(一氧化碳及氫氣總含量≥90%),把煤“吃干榨盡”。下列有關說法正確的是(

)A.煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化和物理變化B.煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化但沒有物理變化C.該技術實現了煤的清潔利用D.該技術實現了煤的高效利用答案

ACD解析

煤粉加壓氣化制備合成氣中既有物理變化,又有化學變化,A正確,B錯誤;該技術使煤得以良好利用又環(huán)保,C、D正確。5.下列供熱方式最有利于環(huán)境保護的是(

)A.用煤做燃料供熱

B.用石油做燃料供熱C.用天然氣或煤氣做燃料供熱 D.用太陽灶供熱答案

D解析

煤、石油、天然氣等燃料的利用,使人類獲得大量的內能。但由于這些燃料中含有雜質以及燃燒的不充分,使得廢氣中含有粉塵、一氧化碳、二氧化硫等物質污染了大氣。而太陽能是一種無污染的能源,應大力推廣,故應選D。6.CO2氣體有個“怪脾氣”,它幾乎不吸收太陽的短波輻射,大氣中CO2濃度增加,能使地表溫度因受太陽輻射而上升;另外,它還有強烈吸收地面紅外熱輻射的作用,阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放,使整個地球就像一個大溫室一樣。因此,大氣中CO2濃度的急劇增加已導致氣溫的逐步上升,使全球氣候變暖。(1)這種大氣中以CO2為主的氣體產生的效應稱為(

)A.光熱效應 B.光電效應C.光氣效應 D.溫室效應(2