最新人教版高中物理必修三第十二章電能 能量守恒定律 4能源與可持續(xù)發(fā)展

課程標(biāo)準(zhǔn)

4．能源與可持續(xù)發(fā)展了解利用水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能的方式?；怯蟹较蛐缘?。的影響。有環(huán)境保護(hù)的意識(shí)和行為。素養(yǎng)目標(biāo)(物理觀念)科學(xué)思維)(學(xué)態(tài)度與責(zé)任)一、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變?，F(xiàn)：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。能量耗散和品質(zhì)降低：(新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象。態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)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(guò)程具有方向性。-1-上是將能量從高度有用的高品質(zhì)形式降級(jí)為不大可用的低品質(zhì)形式?！旧铈溄?】植物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，太陽(yáng)光照在花朵上，同時(shí)發(fā)生了光合作用。探究：你知道在這個(gè)過(guò)程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？提示：太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。二、能源的分類(lèi)與應(yīng)用不可再生能源：煤、石油、天然氣等化石能源短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的能源?？稍偕茉矗禾?yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能等能源在自然界可以再生的能源。【生活鏈接2】如圖所示，這是新型的發(fā)電裝置。探究：你知道圖片中的裝置是利用了什么能量發(fā)電的嗎？這種能源是可再生能源嗎？提示：風(fēng)能，風(fēng)能屬于可再生能源。三、能源與社會(huì)發(fā)展能源利用的三個(gè)時(shí)期是柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。煤炭和石油的燃燒對(duì)環(huán)境的危害：燃燒時(shí)增加了大氣中的二氧化碳的含量，加劇了溫室效應(yīng)。形成酸雨”?；锖吞?xì)浠衔铩＿@些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧。能源的開(kāi)發(fā)與環(huán)境的關(guān)系：-2-人類(lèi)的生存和發(fā)展需要能源，能源的開(kāi)發(fā)與使用又會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。等在生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境污染程度低的清潔能源?！举|(zhì)疑批判】學(xué)習(xí)能源與可持續(xù)發(fā)展后，我們分析判斷下列哪些說(shuō)法是正確的？①根據(jù)能量守恒定律可知，節(jié)約能源是沒(méi)有必要的。②能量耗散會(huì)導(dǎo)致總能量的減少，也會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)降低。③能源的開(kāi)發(fā)和利用必須同時(shí)考慮其對(duì)環(huán)境的影響。④通過(guò)太陽(yáng)能電池可以直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。⑤風(fēng)能很不穩(wěn)定，風(fēng)力發(fā)電的功率很小，風(fēng)力無(wú)法實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。⑥一些質(zhì)量較大的原子核在裂變成輕的原子核時(shí)會(huì)釋放出能量，核電站就是利用可控裂變來(lái)發(fā)電的。⑦質(zhì)量較小的原子核聚合在一起發(fā)生聚變時(shí)，也會(huì)釋放能量，核電站就是利用核聚變來(lái)發(fā)電的。以上說(shuō)法正確的有③④⑥。一、能量守恒定律的理解與應(yīng)用(物理觀念——能量觀念)如圖所示是小型汽油機(jī)模型。探究：(1)汽油機(jī)在工作中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？提示：汽油燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽油釋放出來(lái)的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能。(2)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？提示：不能，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)工作時(shí)總有內(nèi)能損失，不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。能量守恒定律-3-表達(dá)式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。ΔE增＝ΔE減，增加的那些能量的增加量等于減少的那些能量的減少量。應(yīng)用步驟明確研究對(duì)象及研究過(guò)程。明確該過(guò)程中，哪些形式的能量在變化。確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少。列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(式)。提醒：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律?！镜淅縱勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一質(zhì)量為m()，求：小木塊的位移；傳送帶轉(zhuǎn)過(guò)的路程；(3)小木塊獲得的動(dòng)能；(4)(5)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的總能量?！窘馕觥啃∧緣K剛放上傳送帶時(shí)，速度為0，受到傳送帶的滑動(dòng)摩擦力作用，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到與傳送帶相同的速度后不再受摩擦力。整個(gè)過(guò)程中小木塊獲得一定的動(dòng)能，系統(tǒng)內(nèi)因摩擦產(chǎn)生一定的熱量。對(duì)小木塊，相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由μmg＝maa＝μgv＝at，得小木塊由靜止。到與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)所用的時(shí)間t＝v。μg則小木塊的位移l＝1

＝v22at2

2μg。-4-μgs＝vt＝v2。μgE

mv2。k 222

mv2?？傆赡艿霓D(zhuǎn)化與守恒得，電動(dòng)機(jī)輸出的總能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與摩擦產(chǎn)的熱量，所以E ＝E＋Q＝mv2?？俴2v2 v2 22μg (2)μg (3)2

1

mv2如圖是水電站的發(fā)電原理圖，由圖可知下列說(shuō)法錯(cuò)誤的( )A.水力發(fā)電不會(huì)造成污染B．該裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C增大水落差D．該裝置可以將水庫(kù)中儲(chǔ)存的水的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能選D、BC正確；由于水下落過(guò)程以及發(fā)電機(jī)裝置都有摩擦，D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%)吃干榨盡”()A．煤粉加壓氣化制備合成氣過(guò)程涉及化學(xué)變化和物理變化BC．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】選B。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-5-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，本題應(yīng)選B?！景胃哳}組】如圖所示是某類(lèi)潮汐發(fā)電示意圖漲潮時(shí)開(kāi)閘水由通道進(jìn)入海灣水庫(kù)蓄水待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門(mén)(如圖甲)，落潮時(shí)，開(kāi)閘放水發(fā)電(如圖乙)。設(shè)海灣水庫(kù)面積為6.0×108m2，平均最高水位與最低水位差為4.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電機(jī)的平均能量轉(zhuǎn)化效率為 10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為 (ρ海水＝1.0×103kg/m3，g10m/s2)，結(jié)果保留一位有效數(shù)字?！窘馕觥坷贸毕l(fā)電，就是水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，水能轉(zhuǎn)化為電能的效率是10%，一次漲潮，退潮后水壩內(nèi)水的勢(shì)能改變量WVgΔh＝ρ水ShgΔh海水平均潮差為4.0m，則水的重心下降的高度Δh＝4.02

水＝GΔh＝mgΔh＝ρ水m＝2m則水的勢(shì)能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?W 電＝W 水×10%＝ρ 水SghΔh×10%＝1.0×103×6.0×108×10×4.0×2×0.1J＝4.8×1012J每天2次漲潮，則該電站一天能發(fā)電9.6×1012J，所以每天的平均功率為P＝9.6×101224×3600

W≈1.1×105kW。答案：1.1×105kW5m/s1.2kg/m312m10%能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車(chē)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多少？E【解析】首先可以求在時(shí)間t內(nèi)作用于風(fēng)車(chē)的氣流質(zhì)量m＝πr2vtρ，這些氣流的E動(dòng)能為12

m2

m210＝t＝212πr2ρv3×10%代入數(shù)據(jù)后得P≈3.4 kW21答案：3.4 kW二、能源及其開(kāi)發(fā)和利用(物理觀念——能量觀念)-6-能量守恒定律提出以后，人們認(rèn)識(shí)到能量不可能憑空產(chǎn)生，但也不消失，于是有人設(shè)計(jì)了這樣一種裝置：該裝置可以從海水中收集熱能，并將這些內(nèi)能作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)永動(dòng)的目的。這種設(shè)備可以做出來(lái)嗎？提示：不能。因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)化具有方向性，熱量一旦釋放出去，就不會(huì)再自動(dòng)聚集起來(lái)供人類(lèi)重新使用了。能源分類(lèi)方法

能源的分類(lèi)能源分類(lèi)名稱(chēng) 特點(diǎn) 舉例按形式一次能源

自然形成,未經(jīng)加太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四?、潮汐或轉(zhuǎn)換 工 能特點(diǎn)分二次能源

由一次能源經(jīng)加焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、按可否可再生能源再生分不可再生能源

工轉(zhuǎn)換而成可循環(huán)使用短期內(nèi)無(wú)法轉(zhuǎn)換獲得

汽油、電能水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮苊骸⑹?、天然氣、核燃料按?duì)環(huán)境污染

清潔能源

對(duì)環(huán)境基本上沒(méi)有污染

太陽(yáng)能、海洋能、風(fēng)能、水能情況分污染能源 會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料煤、石油、天然)提醒：地球上的絕大部分能源來(lái)源于太陽(yáng)的輻射能。【典例】能源短缺和環(huán)境惡化指的( )①煤炭和石油的開(kāi)采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開(kāi)采是有限的，這叫能源短缺。②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開(kāi)采和消耗速度，石油儲(chǔ)藏將在百年內(nèi)-7-用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺。③煤炭和石油具有很大的氣味，在開(kāi)采、存放和使用過(guò)程中這些氣味會(huì)聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化。④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環(huán)境惡化。A．①③ B．①④C．②③ D．②④【解析】選D。煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復(fù)使用，它們的儲(chǔ)量是有限的，并不是取之不盡、用之②正確。故D正確。近年來(lái)，我國(guó)沿海地區(qū)利用潮汐現(xiàn)象建成了潮流能發(fā)電站，其原理就是利海水的流動(dòng)來(lái)推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。從能量轉(zhuǎn)化的角度，潮流能發(fā)電是( )B．海水的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能C．電能轉(zhuǎn)化成海水的勢(shì)能D【解析】選A。海水漲潮、退潮時(shí)具有很大的機(jī)械能，流動(dòng)的海水推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能貯存起來(lái)。2．(多)下列對(duì)能量耗散的理解正確的( )A．能量耗散說(shuō)明能量在不斷減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散說(shuō)明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向選D。在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)程中，其他形式的能量最終會(huì)轉(zhuǎn)化為流散到周?chē)h(huán)境的內(nèi)能，無(wú)法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散，能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒(méi)有減少，也沒(méi)有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。-8-【拔高題組】1．關(guān)于能源的利用和節(jié)能，下列說(shuō)法正確的( A．根據(jù)能量守恒定律，能源的利用率應(yīng)該是100%意義不大節(jié)約能源只要提高節(jié)能意識(shí)就行，與科學(xué)進(jìn)步無(wú)關(guān)D【解析】選D。能源的使用在任何情況下都不可能達(dá)到理想狀態(tài)，做到?jīng)]有任何損失，雖然遵從能量守恒定律，但它指的是損失部分和被利用部分總和與原來(lái)的能量總量相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向性可知，能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可利用的能量只可能減少，不可能增加，因此節(jié)能的意義重大，同時(shí)，只有節(jié)能意識(shí)是不夠的，必須利用科技手段來(lái)提高能源的利用率，同時(shí)不斷開(kāi)發(fā)新能源，以滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。熱現(xiàn)象過(guò)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化的過(guò)程中無(wú)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(shuō)法中正確的是( )A.能量耗散說(shuō)明能量不守恒BC．能量耗散過(guò)程中能量不守恒方向性【解析】選D。能量耗散是指能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中擴(kuò)散到周?chē)h(huán)境中無(wú)法再收集起來(lái)，其滿(mǎn)足能量守恒定律，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的ABC錯(cuò)誤；D正確?？疾閮?nèi)容：溫室效應(yīng)【典例】(多)關(guān)溫室效應(yīng)”，下列說(shuō)法正確的( )-9-溫室效應(yīng)”溫室效應(yīng)”溫室效應(yīng)”D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化選溫室效應(yīng)”是由于石油和煤炭燃料的大量使用，增加了大氣中二氧化碳含量，使地面氣溫上升，兩極冰雪融化，海平面上升；土壤酸化是石油和煤炭燃料的燃燒使空氣中二氧化硫含量增大引起的，故B、C正確。世界環(huán)境日世界環(huán)境日為每年的6月5日，它反映了世界各國(guó)人民對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和態(tài)度，表達(dá)了人類(lèi)對(duì)美好環(huán)境的向往和追求，也是聯(lián)合國(guó)促進(jìn)全球環(huán)境意識(shí)、提高對(duì)環(huán)境問(wèn)題的注意并采取行動(dòng)的主要媒介之一。65世界環(huán)境日”紀(jì)念活動(dòng)，500佳世界環(huán)境日”地球是人類(lèi)和其他物種的共同家園，然而由于人類(lèi)常常采取亂砍濫伐、竭澤而漁等不良發(fā)展方式，地球上物種滅絕的速度大大加快。生物多樣性喪失的趨勢(shì)正使生態(tài)系統(tǒng)滑向不可恢復(fù)的臨界點(diǎn)，如果地球生態(tài)系統(tǒng)最終發(fā)生不可挽回的惡化，人類(lèi)文明所賴(lài)以存在的相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件將不復(fù)存在。探究：你知道世界環(huán)境日的意義嗎？提示：世界環(huán)境日的意義在于提醒全世界注意地球狀況和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的危-10-害。要求聯(lián)合國(guó)系統(tǒng)和各國(guó)政府在這一天開(kāi)展各種活動(dòng)來(lái)強(qiáng)調(diào)保護(hù)和改善人類(lèi)環(huán)境的重要性。1．(水平1)以下說(shuō)法正確的( )A．煤、石油、天然氣等燃燒時(shí)可放出氧B．汽油是一種清潔能源C．水能是可再生能源煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡、用之不竭的【解析】選C。煤、石油、天然氣等是動(dòng)植物轉(zhuǎn)化成的，燃燒時(shí)放出二氧化碳，ACD錯(cuò)誤。1)“風(fēng)光互補(bǔ)路燈風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者皆具備時(shí)則同時(shí)發(fā)電，并將電能輸至蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)，()A．只可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能B．只可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能C．可以實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能D【解析】選D。有陽(yáng)光時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)電，說(shuō)明可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；有風(fēng)時(shí)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，說(shuō)明可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，故D正確。2)20175月，我國(guó)首次海域可燃冰”m3164m30.8m3的水，下()A．可燃冰是不可再生能源B．可燃冰屬于可再生能源C．1m3可燃冰比0.8m3的水質(zhì)量小D．相同體積的可燃冰和天然氣完全燃燒后，釋放的熱量一樣多-11-【解析】選A?？扇急鶎儆诓豢稍偕茉?，故AB錯(cuò)誤；由題目提供信11640.8m30.8水質(zhì)量大，、D錯(cuò)誤。2)一個(gè)美好的愿望。有些流星是外太空物體被地球強(qiáng)大引力吸引墜落到地面的過(guò)()A.流星同空氣摩擦?xí)r部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．引力對(duì)流星做正功則其動(dòng)能增加，機(jī)械能守恒CD．流星物體進(jìn)入大氣層后做斜拋運(yùn)動(dòng)【解析】選A。流星同空氣摩