2022-2023學(xué)年新教材高中物理第12章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展課件新人教版必修第三冊(cè)

1、第十二章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建1知道能量守恒定律的具體內(nèi)容。2了解能量耗散，知道能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性。3知道能源的分類與應(yīng)用，知道能源的利用與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋 能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式_為其他形式，或者從一個(gè)物體_到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持_。知識(shí)點(diǎn) 1能量守恒定律轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移不變1能量轉(zhuǎn)化的方向性科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是_的。2能量的耗散：把能量釋放出去，就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來供人

2、類重新_的現(xiàn)象，它反映出自然界中的宏觀過程具有_性。3節(jié)約能源的根本原因：在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未_，但在可利用的品質(zhì)上_了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。知識(shí)點(diǎn) 2能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性不可逆利用方向減少降低1不可再生能源：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，又叫_能源。2可再生能源：水能、風(fēng)能、潮汐能等來源于_的這些能源。3我國(guó)能源的開發(fā)：太陽能發(fā)電、_發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、_發(fā)電。知識(shí)點(diǎn) 3能源的分類與應(yīng)用化石太陽能水力核能1人類對(duì)能源的利用經(jīng)歷的三個(gè)時(shí)期：_時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。2能源的開發(fā)和利用對(duì)環(huán)境造成的影響：(1)石油和煤炭的燃燒增加了大氣中

3、二氧化碳的含量，加劇了_效應(yīng)，使得兩極的冰雪融化，海平面上升。柴薪知識(shí)點(diǎn) 4能源與社會(huì)發(fā)展溫室(2)石油和煤炭的燃燒形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化_。(3)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔铮@些化合物在大氣中受紫外線的照射，產(chǎn)生光化學(xué)_。燃燒時(shí)產(chǎn)生的_也是主要的污染物。土壤煙霧浮塵預(yù)習(xí)自測(cè)判一判(1)能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中總量是保持不變的。()(2)石油、天然氣都屬于新能源。()(3)能量耗散不遵循能量守恒定律。()(4)能量耗散會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低。()(5)為了可持續(xù)發(fā)展，必須節(jié)約能源。()(6)石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)

4、生了“溫室效應(yīng)”。()(7)能量耗散現(xiàn)象反映了在一些特殊過程中能量并不守恒，從而導(dǎo)致能源不可再生。()選一選在研究性學(xué)習(xí)的過程中，同學(xué)們提出了以下四個(gè)活動(dòng)方案，哪些從理論上講是可行的()A制作一個(gè)內(nèi)能回收器，將散失在周圍環(huán)境中的內(nèi)能全部收回再利用B發(fā)明一種不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器永動(dòng)機(jī)C汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣，想辦法使它們自發(fā)地分離，既清潔了空氣，又變廢為寶D將房屋頂蓋上太陽能板，可直接用太陽能來解決照明和熱水問題D解析：系統(tǒng)的內(nèi)能流失到周圍環(huán)境中，不可能全部收回再利用，A錯(cuò)；永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，不可能制成，B錯(cuò)；擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性，逆過程不可能自發(fā)

5、進(jìn)行，C錯(cuò)；太陽能可以用來發(fā)電和進(jìn)行加熱，D正確。想一想如圖所示是兩幅宣傳節(jié)約能源的圖片。請(qǐng)問：既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？答案：能量是守恒的，但能量耗散卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)降低，它實(shí)際上將能量從可用的形式降級(jí)為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。故能量雖然不會(huì)減少但可利用的高品質(zhì)能源會(huì)越來越少，所以要節(jié)約能源。課內(nèi)互動(dòng)探究如圖是用一臺(tái)蒸汽機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)建立的模型發(fā)電站，將這個(gè)模型發(fā)電站與小燈泡連接起來，就可以供電了。請(qǐng)分析該模型發(fā)電站工作時(shí)各種形式的能量是如何轉(zhuǎn)化的。提示：蒸汽機(jī)將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為

6、蒸汽輪機(jī)的機(jī)械能，蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能使小燈泡發(fā)光。能量守恒定律的理解和應(yīng)用情景導(dǎo)入探究 一1能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。要點(diǎn)提煉2能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，或者說，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性。(1)機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化

7、。無論何種熱機(jī)，都不可能百分之百地把內(nèi)能變成機(jī)械能，而不產(chǎn)生其它影響即熱機(jī)的效率一定小于100%。(2)熱傳遞的方向性內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。3能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。4應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟(1)首先分析研究對(duì)象的受力情況、做功情況、能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的具體形式。(2)分別列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式。(3)依據(jù)E減E增列式求解。如圖所示是一種太陽能草坪節(jié)能燈，

8、太陽能電池板供一只“10 V9 W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3 m2，平均1小時(shí)得到的太陽輻射能為4105 J，太陽光平均一天按8小時(shí)計(jì)算，恰好可以供電子節(jié)能燈工作10小時(shí)。問：(結(jié)果保留整數(shù))(1)太陽能節(jié)能燈的能量轉(zhuǎn)化情況；(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率大約是多少？(3)太陽能節(jié)能燈利用太陽能的效率大約是多少？典例1典例剖析答案：(1)見解析(2)370 W(3)10%對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A如圖所示是我國(guó)最大的山坡光伏發(fā)電站河北曲陽光伏發(fā)電站。太陽能是一種具有良好開發(fā)前景的新能源，與常規(guī)能源相比它具有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示：光伏發(fā)電過程簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械傳動(dòng)部件，不

9、消耗燃料，無噪音、無污染，太陽能資源分布廣泛且取之不盡，用之不竭。能源的利用與可持續(xù)發(fā)展情景導(dǎo)入探究 二1能源開發(fā)和利用的關(guān)系圖要點(diǎn)提煉2能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四?、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石

10、油、天然氣、核燃料按對(duì)環(huán)境污染情況分清潔能源對(duì)環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)3能源對(duì)環(huán)境的影響(1)常規(guī)能源對(duì)環(huán)境的影響石油和煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”，引發(fā)了一系列問題，如兩極的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地鹽堿化這些都是人類過度開發(fā)自然所產(chǎn)生的嚴(yán)重問題。(2)做好環(huán)境保護(hù)工作目前的任務(wù)是采用環(huán)境能源技術(shù)，解決突出的環(huán)境污染問題，例如：城市生活垃圾問題，變垃圾為能源；提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率，解決尾氣問題，達(dá)到廢氣“零排放”；環(huán)境污染的綜合治理問題，解決廢物、廢水、廢氣等，變廢為寶。(多選

11、)關(guān)于能源的開發(fā)和利用，下列觀點(diǎn)正確的是()A無節(jié)制地利用能源，是一種盲目的短期行為B根據(jù)能量守恒定律，能源是取之不盡、用之不竭的C開發(fā)和利用能源的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)D不斷開發(fā)新能源，是緩解能源危機(jī)的主要途徑思路引導(dǎo)：雖然能量是守恒的，但能源會(huì)越來越少，所以要節(jié)約能源。常規(guī)能源的儲(chǔ)量有限，且存在環(huán)境污染問題，必須開發(fā)新能源。典例 2典例剖析ACD解析：能源是有限的，必須合理利用能源，A正確；盡管能量守恒，但使用過程中會(huì)有能量耗散及品質(zhì)降低，B錯(cuò)誤；能源開發(fā)利用推動(dòng)人類進(jìn)步，但同時(shí)會(huì)破壞人類生存的環(huán)境，所以必須加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，C正確；開發(fā)新能源、清潔能源可以緩解常規(guī)能源的不足，D正確。

12、2(2021山東省濰坊一中高二下學(xué)期月考)“能源危機(jī)”是當(dāng)今世界各國(guó)共同面臨的問題。對(duì)此，以下措施可行的是()A人人都要自覺做到節(jié)約用水、節(jié)約用電，不浪費(fèi)和人為毀壞物品B關(guān)閉現(xiàn)有的火力發(fā)電站C各地都要興建水力和風(fēng)力發(fā)電站D停止使用石油資源，而以核能和太陽能取代對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A解析：受地域環(huán)境的限制，風(fēng)力、水力發(fā)電站不能在各地興建，因而不能關(guān)閉所有火力發(fā)電站，故B、C錯(cuò)；受技術(shù)限制，核能和太陽能尚未大規(guī)模被利用，所以也不能停止使用石油資源，故D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)提升1能量耗散(1)燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來供人類重新利用。這樣的現(xiàn)象叫能量耗散。(2)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度

13、反映出自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。一、能量耗散和品質(zhì)降低2能量品質(zhì)的降低能量耗散雖然不會(huì)使能量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，它實(shí)際上將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。內(nèi)能較之機(jī)械能、電能、光能、核能等是一種低品質(zhì)能量。(多選)下列關(guān)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能量耗散是指散失在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能收集起來被人類利用C各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠全額發(fā)生的D能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)降低解析：能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中

14、有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故A錯(cuò)誤，D正確；耗散的內(nèi)能無法再被收集起來利用，B正確；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C正確。故選B、C、D。案例 1BCD能量的轉(zhuǎn)化是通過做功來實(shí)現(xiàn)的，力對(duì)物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，即功是能量轉(zhuǎn)化的量度。1功和能的區(qū)別與聯(lián)系(1)能是由物體狀態(tài)決定的物理量，是一個(gè)狀態(tài)量；而功則是和物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化過程有關(guān)的物理量，是一個(gè)過程量。兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。(2)做功可以使物體具有的能量發(fā)生變化，但功和能不能相互轉(zhuǎn)化。(3)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化

15、的過程。二、功是能量轉(zhuǎn)化的量度2幾種常見的功能關(guān)系及其表達(dá)式(1)合力做功，動(dòng)能變化，W合Ek1Ek0Ek。(2)重力做功，重力勢(shì)能變化，WGEp。(3)彈簧彈力做功，彈性勢(shì)能變化，W彈Ep。(4)系統(tǒng)內(nèi)除重力和彈力之外的力做功，機(jī)械能變化，W其他E。(5)作用于系統(tǒng)的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力一定做負(fù)功，系統(tǒng)內(nèi)能增加Qfs相對(duì)?！咀⒁庹f明】功是一個(gè)過程量，與一段位移對(duì)應(yīng)；能是狀態(tài)量，與某時(shí)刻對(duì)應(yīng)，兩者單位都是J，但功并不等于能，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。(2021重慶縉云教育聯(lián)盟高二上月考)如圖甲所示，一物塊從足夠長(zhǎng)的固定粗糙斜面底端以某一速度沖上斜面。從初始位置起物塊動(dòng)能Ek隨位移x的變化關(guān)系如圖乙所示。已

16、知物塊質(zhì)量為2 kg，斜面傾角為37，sin 370.6，cos 370.8，取重力加速度g10 m/s2。下列說法正確的是()A物塊上升的最大高度為5 mB物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5C整個(gè)上滑過程物塊機(jī)械能減少了100 JD整個(gè)上滑過程物塊重力勢(shì)能增加了100 J案例 2B解析：由題圖乙可知，圖線與x軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為5 m，則x的最大值為xm5 m，則物塊上升的最大高度為xmsin 373 m，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得Ek100 Jmghmgxm cos 37，解得0.5，選項(xiàng)B正確；摩擦力做功等于減少的機(jī)械能，整個(gè)上滑過程物塊機(jī)械能減少了Emgxm cos 3740 J，選項(xiàng)C錯(cuò)誤

17、；整個(gè)上滑過程物塊重力勢(shì)能增加了Epmgh60 J，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1(多選)(2021福建廈門外國(guó)語學(xué)校高二下學(xué)期檢測(cè))煤是重要的能源和化工原料，直接燃燒既浪費(fèi)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(shù)”，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(guān)說法中正確的是()A煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學(xué)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(xué)變化但沒有物理變化C該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的清潔利用D該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的高效利用解析：煤粉加壓氣化制備合成氣中既有物理變化，又有化學(xué)變化，A正確，B錯(cuò)誤；該技術(shù)使煤得以高效良好利用又環(huán)保，C、D正確。ACD2(2021山東省濟(jì)寧市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象。所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把散失的能量重新收集、加以利用。下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A能量耗散說明能量不守恒B由于能量的轉(zhuǎn)化過程符合能量守恒定律，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)C能量耗散過程中能量不守恒D能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度，反映出自然界中涉及熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程具有方向性D解析：能量耗散是指能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中擴(kuò)散到周圍環(huán)境中無法再收集起來的，其滿足