2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)案新人教版必修3

PAGE7-能源與可持續(xù)發(fā)展【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道能量守恒定律的詳細(xì)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?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1能量守恒定律能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消逝，它只能從一種形式__轉(zhuǎn)化__為其他形式，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__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．能量轉(zhuǎn)化的方向性科學(xué)家探討發(fā)覺(jué)，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是__不行逆__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(lái)供人類重新__利用__的現(xiàn)象，它反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有__方向__性。3．節(jié)約能源的根本緣由：在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未__削減__，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。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3能源的分類與應(yīng)用1．不行再生能源：煤炭、石油和自然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中運(yùn)用的主要能源，又叫__化石__能源。2．可再生能源：水能、風(fēng)能、潮汐能等來(lái)源于__太陽(yáng)能__的這些能源。3．我國(guó)能源的開(kāi)發(fā)：太陽(yáng)能發(fā)電、__水力__發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、__核能__發(fā)電。學(xué)問(wèn)點(diǎn)4能源與社會(huì)發(fā)展1．人類對(duì)能源的利用經(jīng)驗(yàn)的三個(gè)時(shí)期：__柴薪__時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。2．能源的開(kāi)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二氧化碳的含量，加劇了__溫室__效應(yīng)，使得兩極的冰雪溶化，海平面上升。(2)石油和煤炭的燃燒形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度上升，形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化__土壤__。(3)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔?，這些化合物在大氣中受紫外線的照耀，產(chǎn)生光化學(xué)__煙霧__。燃燒時(shí)產(chǎn)生的__浮塵__也是主要的污染物。預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量是保持不變的。(√)(2)石油、自然氣都屬于新能源。(×)(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，必需節(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)生了“溫室效應(yīng)”。(√)(7)能量耗散現(xiàn)象反映了在一些特別過(guò)程中能量并不守恒，從而導(dǎo)致能源不行再生。(×)『選一選』在探討性學(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(D)A．制作一個(gè)內(nèi)能回收器，將散失在四周環(huán)境中的內(nèi)能全部收回再利用B．獨(dú)創(chuàng)一種不須要任何外界的動(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)峻污染了空氣，想方法使它們自發(fā)地分別，既清潔了空氣，又變廢為寶D．將房屋頂蓋上太陽(yáng)能板，可干脆用太陽(yáng)能來(lái)解決照明和熱水問(wèn)題解析：系統(tǒng)的內(nèi)能流失到四周環(huán)境中，不行能全部收回再利用，A錯(cuò)；永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，不行能制成，B錯(cuò)；擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性，逆過(guò)程不行能自發(fā)進(jìn)行，C錯(cuò)；太陽(yáng)能可以用來(lái)發(fā)電和進(jìn)行加熱，D正確。『想一想』如圖所示是兩幅宣揚(yáng)節(jié)約能源的圖片。請(qǐng)問(wèn)：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，它事實(shí)上將能量從可用的形式降級(jí)為不大可用的形式。煤、石油、自然氣等能源儲(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。故能量雖然不會(huì)削減但可利用的高品質(zhì)能源會(huì)越來(lái)越少，所以要節(jié)約能源。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究能量守恒定律的理解和應(yīng)用┃┃情境導(dǎo)入__■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(lái)，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。┃┃要點(diǎn)提煉__■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(guò)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，輪子溫度上升，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2．能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能削減，肯定有其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等。(2)某個(gè)物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等。3．應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟(1)首先分析探討對(duì)象的受力狀況、做功狀況、能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的詳細(xì)形式。(2)分別列出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。(3)依據(jù)ΔE減＝ΔE增列式求解。┃┃典例剖析__■典例1如圖所示是一種太陽(yáng)能草坪節(jié)能燈，太陽(yáng)能電池板供一只“10V9W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)能的有效面積為0.3m2，平均1小時(shí)得到的太陽(yáng)輻射能為4×105J，太陽(yáng)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(wèn)：(結(jié)果保留整數(shù))(1)太陽(yáng)能節(jié)能燈的能量轉(zhuǎn)化狀況；(2)太陽(yáng)能電池板單位面積上接收太陽(yáng)能的功率大約是多少？(3)太陽(yáng)能節(jié)能燈利用太陽(yáng)能的效率大約是多少？解析：(1)能量轉(zhuǎn)化：太陽(yáng)能→電能→光能。(2)太陽(yáng)能電池板單位面積上接收太陽(yáng)能的功率：P＝eq\f(4×105,0.3×1×3600)W≈370W(3)節(jié)能燈利用太陽(yáng)能的效率：η＝eq\f(9×10×3600,4×105×8)×100%≈10%答案：(1)見(jiàn)解析(2)370W(3)10%┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．如圖所示，一個(gè)粗細(xì)勻稱的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內(nèi)液體的總長(zhǎng)度為4h，先拿去蓋板，液體起先運(yùn)動(dòng)，由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動(dòng)，則該過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能為(A)A.eq\f(1,16)mgh B.eq\f(1,8)mghC.eq\f(1,4)mgh D.eq\f(1,2)mgh解析：去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流淌，最終兩側(cè)液面相平，液體的重力勢(shì)能削減，削減的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)eq\f(1,2)h的液柱移到左側(cè)管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱削減的重力勢(shì)能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確。探究能源的利用與可持續(xù)發(fā)展┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示是我國(guó)最大的山坡光伏發(fā)電站——河北曲陽(yáng)光伏發(fā)電站。太陽(yáng)能是一種具有良好開(kāi)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(guò)程簡(jiǎn)潔，沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，不消耗燃料，無(wú)噪音、無(wú)污染，太陽(yáng)能資源分布廣泛且取之不盡，用之不竭。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．能源開(kāi)發(fā)和利用的關(guān)系圖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(yáng)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)模正常運(yùn)用煤、石油、自然氣、水能新能源正在開(kāi)發(fā)，或有新的利用方式太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)運(yùn)用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿恍性偕茉炊唐趦?nèi)無(wú)法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、自然氣、核燃料按對(duì)環(huán)境污染狀況分清潔能源對(duì)環(huán)境基本上沒(méi)有污染太陽(yáng)能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)峻污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、自然氣)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(wèn)題，如兩極的冰雪溶化、海平面上升，海水倒灌、耕地鹽堿化……這些都是人類過(guò)度開(kāi)發(fā)自然所產(chǎn)生的嚴(yán)峻問(wèn)題。(2)做好環(huán)境愛(ài)護(hù)工作目前的任務(wù)是采納環(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。┃┃典例剖析__■典例2(多選)關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和利用，下列觀點(diǎn)正確的是(ACD)A．無(wú)節(jié)制地利用能源，是一種盲目的短期行為B．依據(jù)能量守恒定律，能源是取之不盡、用之不竭的C．開(kāi)發(fā)和利用能源的同時(shí)，必需加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的愛(ài)護(hù)D．不斷開(kāi)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(lái)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(wèn)題，必需開(kāi)發(fā)新能源。解析：能源是有限的，必需合理利用能源，A正確；盡管能量守恒，但運(yùn)用過(guò)程中會(huì)有能量耗散及品質(zhì)降低，B錯(cuò)誤；能源開(kāi)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，所以必需加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的愛(ài)護(hù)，C正確；開(kāi)發(fā)新能源、清潔能源可以緩解常規(guī)能源的不足，D正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(2024·山東省濰坊二中高二下學(xué)期月考)“能源危機(jī)”是當(dāng)今世界各國(guó)共同面臨的問(wèn)題。對(duì)此，以下措施可行的是(A)A．人人都要自覺(jué)做到節(jié)約用水、節(jié)約用電，不奢侈和人為毀壞物品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．停止運(yùn)用石油資源，而以核能和太陽(yáng)能取代解析：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)閉全部火力發(fā)電站，故B、C錯(cuò)；受技術(shù)限制，核能和太陽(yáng)能尚未大規(guī)模被利用，所以也不能停止運(yùn)用石油資源，故D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)能量耗散和品質(zhì)降低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(lái)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)化的角度反映出自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。2．能量品質(zhì)的降低能量耗散雖然不會(huì)使能量削減，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，它事實(shí)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、自然氣等能源儲(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。案例(多選)下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法，正確