物理人教版高中必修三（2019年新編）12-4能源與可持續(xù)發(fā)展（教案）

12.4能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．了解什么是能量耗散和品質(zhì)降低。2．了解能源與人類(lèi)社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系。3．了解幾種新能源的發(fā)展。知識(shí)點(diǎn)一、能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。這個(gè)規(guī)律叫做能量守恒定律。2．確立能量守恒定律的兩類(lèi)重要事實(shí)（1）確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性；（2）發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。3．意義：能量守恒定律的建立，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍。它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式?！绢}1】行駛中的汽車(chē)制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下來(lái)；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同物理過(guò)程是A．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能C．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能D．其他形式的能轉(zhuǎn)化為物體的機(jī)械能【答案】C【解析】四個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化為：汽車(chē)制動(dòng)，動(dòng)能→內(nèi)能；流星墜落，重力勢(shì)能→光能、內(nèi)能；降落傘勻速下降，重力勢(shì)能→內(nèi)能；磁鐵穿過(guò)線(xiàn)圈，重力勢(shì)能→電能。由此可知，四個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中均是物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，C正確?！绢}2】我國(guó)人民有在房前種樹(shù)的習(xí)慣，夏天大樹(shù)長(zhǎng)出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會(huì)全部掉光，使溫暖的陽(yáng)光照入屋內(nèi)，可以起到冬暖夏涼的作用。炎熱的夏天，我們?cè)诮?jīng)過(guò)有樹(shù)的地方時(shí)，也會(huì)感到很明顯的涼意，關(guān)于樹(shù)木周?chē)容^涼爽的現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是A．樹(shù)木把大部分太陽(yáng)光反射出去，使地面溫度降低B．樹(shù)木吸收陽(yáng)光，使自己溫度升高，周?chē)鷾囟冉档虲．樹(shù)木吸收陽(yáng)光，將陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使環(huán)境溫度變低D．白天大樹(shù)將熱量存起來(lái)，晚上再將熱量放出來(lái)，所以白天在樹(shù)林里感覺(jué)涼爽而晚上感覺(jué)到熱【答案】C【解析】植物發(fā)生光合作用，消耗掉太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，根據(jù)能量守恒，陽(yáng)光的能量被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所以樹(shù)木下會(huì)比較涼爽，故C正確。知識(shí)點(diǎn)二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．能量耗散：自然界中集中度較高（即有序度較高）的能量，如機(jī)械能、電能、化學(xué)能，當(dāng)他們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散也就是無(wú)序度更大的能量，沒(méi)有辦法把這些分散的無(wú)序度更大的內(nèi)能重新變成有序度較高的能量加以利用，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫做能量耗散。2．能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性：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。各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是無(wú)序程度較小的狀態(tài)向無(wú)序程度較大的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)發(fā)生、全額發(fā)生的，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(guò)程具有方向性。一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。【題3】下列對(duì)能量耗散的理解正確的有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)程具有方向性【答案】【解析】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)。【題4】下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)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(lái)被人類(lèi)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【答案】BCD【解析】能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中有一部分以?xún)?nèi)能的形式被周?chē)h(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(wú)法再被收集起來(lái)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。3．品質(zhì)降低：能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式叫品質(zhì)降低。能量在利用過(guò)程中，總是由高品質(zhì)的能量最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量。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(lái)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。能量的耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未減少，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。這是能源危機(jī)的深層次的含義，也是自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源的根本原因。4．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，都是無(wú)序程度較小的狀態(tài)向無(wú)序程度較大的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)發(fā)生、全額發(fā)生的。內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)程，由熱力學(xué)第二定律知道，這種轉(zhuǎn)化是有條件的，即環(huán)境中必須存在著溫度差，而且內(nèi)能不能全額轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此從利用價(jià)值來(lái)看，內(nèi)能相對(duì)于機(jī)械能、電能，是一種低品質(zhì)的能量?！绢}5】下列說(shuō)法中正確的是A．某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加B．能量耗散表明，能量的總量并不守恒C．隨著科技的發(fā)展，能量是可以憑空產(chǎn)生的D．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的【答案】A【解析】根據(jù)能量守恒定律，某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，故A正確；能量耗散表明，能量的總量雖然守恒，但其轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，故B錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒定律，能量是不能創(chuàng)生的，故C錯(cuò)誤；永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第一、第二定律，是不可能制造成功的，故D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二、能源的分類(lèi)與應(yīng)用1．分類(lèi)（1）化石能源——不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類(lèi)生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類(lèi)能源又叫作化石能源?；茉礋o(wú)法在短時(shí)間內(nèi)再生，所以這類(lèi)能源被叫作不可再生能源。（2）可再生能源：水能、風(fēng)能、潮汐能等能源，歸根結(jié)底來(lái)源于太陽(yáng)能這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。3．太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電。知識(shí)點(diǎn)三、能源與人類(lèi)社會(huì)發(fā)展、環(huán)境1．能源：能源是指能夠提供可利用能量的物質(zhì)，它是現(xiàn)代社會(huì)生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。2．常規(guī)能源：常規(guī)能源是指已被廣泛應(yīng)用的能源，如煤、石油、天然氣、水力等。人類(lèi)消耗的能源主要是常規(guī)能源。化石能源的資源是有限的。3．能源危機(jī)：按目前的消耗量，石油、天然氣最多只能維持半個(gè)世紀(jì)，煤炭尚可維持一二百年。4．環(huán)境污染：能源利用的過(guò)程也直接污染著地球環(huán)境，主要有溫室效應(yīng)、酸雨污染、臭氧層的破壞等。5．能源與社會(huì)發(fā)展：能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱。能源科技的每一次突破，都會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)力的巨大飛躍和社會(huì)的進(jìn)步。6．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(wèn)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(lèi)過(guò)度開(kāi)發(fā)自然所產(chǎn)生的嚴(yán)重問(wèn)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(wèn)題，例如：城市生活垃圾問(wèn)題，變垃圾為能源；提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)效率，解決尾氣問(wèn)題，達(dá)到廢氣“零”排放；環(huán)境污染的綜合治理問(wèn)題，解決廢物、廢水、廢氣等，變廢為寶。7．開(kāi)發(fā)新能源（1）化石能源的短缺和利用常規(guī)能源帶來(lái)的環(huán)境污染，使得新能源的開(kāi)發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。（2）新能源主要有下列幾種：太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等。太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能是清潔能源，也是“可再生能源”。【題6】（多選）下面關(guān)于能源的說(shuō)法中正確的是A．能源是取之不盡，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(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開(kāi)發(fā)利用新能源D．核能的利用對(duì)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(nèi)能無(wú)法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)對(duì)。常規(guī)能源的利用比核能的利用對(duì)環(huán)境的影響大，C項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)?！绢}7】關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說(shuō)法正確的是A．太陽(yáng)能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”B．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中的二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”C．“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化【答案】BC【解析】“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生是由于石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量。它的危害是使地面氣溫上升、兩極冰雪融化、海平面上升，淹沒(méi)沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項(xiàng)正確?！绢}8】在研究性學(xué)習(xí)的過(guò)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?chē)h(huán)境中的內(nèi)能全部收回再利用B．發(fā)明一種制冷設(shè)備，