2024-2025學年新教材高中物理第6章能源與可持續(xù)發(fā)展第1節(jié)能量的多種形式第2節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒第3節(jié)珍惜大自然學案魯科版第三冊

PAGE8-第1節(jié)能量的多種形式第2節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒第3節(jié)珍惜大自然學習目標：1.[物理觀念]知道能量有多樣形式，知道能量守恒定律，但轉(zhuǎn)化是有方向性的，了解熵的概念及意義，能說明相關自然現(xiàn)象。2.[科學思維]能對能源的運用和環(huán)境愛護提出自己的觀點，能作出有依據(jù)的推理，能用與能量守恒、能量轉(zhuǎn)化方向性相關的證據(jù)證明自己關于環(huán)境愛護的觀點，能提出有創(chuàng)意的改進建議。3.[科學探究]能通過上網(wǎng)查詢，提出如何愛護環(huán)境，節(jié)約能源的問題，能完成與能源和可持續(xù)發(fā)展相關的調(diào)研報告并進行溝通。4.[科學看法與責任]知道物理學是人類相識自然的方式之一，能主動關切能源與可持續(xù)發(fā)展的問題，具有力所能及的節(jié)約能源，愛護環(huán)境的自覺行為。一、能量的多種形式1．多種形式的能量機械能包括動能、重力勢能和彈性勢能等；內(nèi)能指分子無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和；一切物體都具有內(nèi)能，通常狀況下，同一物體溫度越高，具有的內(nèi)能就越大；電能是指電以各種形式做功的實力；化學能是儲存在食物或燃料等物質(zhì)中的能量；核能是由于物質(zhì)的原子核結構發(fā)生改變而釋放的能量。2．可再生能源與不行再生能源能源可分為一次能源和二次能源。一次能源是指干脆取自自然界、未經(jīng)加工轉(zhuǎn)化的能源，如煤、石油、自然氣等；二次能源是指由一次能源加工轉(zhuǎn)化而成的能源產(chǎn)品，如電、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。一次能源又分為可再生能源和不行再生能源，太陽能、水能、風能、生物質(zhì)能、海洋能等在自然界可循環(huán)再生的能源，稱為可再生能源；煤、石油、自然氣、油頁巖等在自然界中經(jīng)過億萬年形成，短期內(nèi)無法復原的能源，稱為不行再生能源。為了解決能源問題，人們正主動開發(fā)可再生能源和新能源。說明：新能源主要有：太陽能、水能、風能、核能、地熱能、生物質(zhì)能、海洋能等。二、能量守恒定律大量的試驗和探討都證明，任何形式的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中都遵守如下規(guī)律：在一個孤立系統(tǒng)里，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律留意：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最牢靠的規(guī)律之一，物體間可以發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，但總能量不變，任何事物都不行能違反能量守恒定律。三、自然過程的方向性熵1．英國物理學家開爾文及德國物理學家克勞修斯等對有關自然現(xiàn)象和閱歷事實進行了大量探討，總結出重要的自然規(guī)律：自然發(fā)生的與熱現(xiàn)象有關的一切宏觀過程都是有方向性的不行逆過程。機械能可自動轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能不行能自發(fā)地、不引起任何改變地完全轉(zhuǎn)化為機械能；在熱傳遞的過程中，內(nèi)能總是自動地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不行能自動地、不引起任何改變地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。2．處于不同狀態(tài)的物體，分子運動的無序程度也不一樣，為了描述這種差異，物理學中引入了熵這個物理量。熵越高，就意味著系統(tǒng)越無序；熵越低，就意味著系統(tǒng)越有序。說明：與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程，都是其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為其他形式的能。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)物體的溫度越高，機械能肯定越大。 (×)(2)煤和石油屬于不行再生能源。 (√)(3)能量是守恒的，既不會增加，也不會削減。 (√)(4)熵值越大代表著越有序。 (×)2．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)。在陽光的照耀下，小電扇快速轉(zhuǎn)動，能給燥熱的夏季帶來一絲涼快。該裝置的能量轉(zhuǎn)化狀況是()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A[電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能，小電動機中電能轉(zhuǎn)化為機械能，A正確。]3．(多選)下列說法正確的是()A．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體C．熱傳遞是有方向性的D．氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的ACD[假如是自發(fā)地進行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A、C正確，B錯誤；氣體向真空中膨脹的過程也是不行逆的，具有方向性的，D正確。]對能量守恒定律的理解在機械運動中物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機械能保持不變，在燃燒煤炭的過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的，在轉(zhuǎn)化的過程中能量守恒嗎？提示：守恒，煤炭在燃燒時化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在轉(zhuǎn)化過程中能量的總量保持不變，守恒。1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。2．對能量守恒定律的理解某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等。某個物體的能量削減，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．能量守恒定律應用的關鍵步驟(1)明確探討對象和探討過程。(2)找全參加轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量削減。(3)列出增加量和削減量之間的守恒式?！纠?】如圖所示，一個粗細勻稱的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)液體的總長度為4h，拿去蓋板，液體起先運動，由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運動，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為()A.eq\f(1,16)mgh B.eq\f(1,8)mghC.eq\f(1,4)mgh D.eq\f(1,2)mgh[思路點撥](1)管內(nèi)液體至最終停止運動時兩端液面相平，液體的重力勢能減小。(2)系統(tǒng)削減的機械能轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的內(nèi)能。A[去掉右側蓋板之后，液體向左側流淌，最終兩側液面相平，液體的重力勢能削減，削減的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側eq\f(1,2)h的液柱移到左側管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱削減的重力勢能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確。]運用能量守恒定律解題的基本思路eq\o([跟進訓練])1．(多選)從光滑斜面上滾下的物體，最終停止在粗糙的水平面上，則()A．在斜面上滾動時，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化B．在斜面上滾動時，有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．在水平面上滾動時，總能量正在消逝D．在水平面上滾動時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒AD[在光滑斜面上滾動時，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時，有摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的。]自然過程的方向性(1)如圖是小型汽油機模型，汽油機在工作過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？(2)內(nèi)燃機工作時可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能嗎？提示：(1)汽油燃燒時化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽油釋放出來的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為飛輪的機械能。(2)不能，因為內(nèi)燃機工作時總有內(nèi)能損失，不行能全部轉(zhuǎn)化為機械能。1．熱傳導具有方向性兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自動地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不行能自動地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必需借助外界的幫助，因而會產(chǎn)生其他影響或引起其他改變。2．氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性兩種不同的氣體可以自動地進入對方，最終成為勻稱的混合氣體，但這種勻稱的混合氣體，決不會自動地分開，成為兩種不同的氣體。3．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性物體在水平面上運動，因摩擦而漸漸停止下來，但絕不行能出現(xiàn)物體汲取原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來。【例2】(多選)下列說法中正確的是()A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性B．一切不違反能量守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的C．由自然過程的方向性可以推斷物理過程能否自動進行D．一切物理過程都不行能自動地進行思路點撥：(1)能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有方向性的。(2)不違反能量守恒定律的物理過程，違反方向性也不能實現(xiàn)。AC[能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程都是具有方向性的，A正確；有些物理過程不違反能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，B錯誤；在熱傳遞的過程中，能量可以自動地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不行能自動地進行，C正確，D錯誤。]一切物理過程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理過程不肯定都能實現(xiàn)。eq\o([跟進訓練])2．(多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化，汲取箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C．電冰箱的工作原理不違反能量守恒定律D．電冰箱的工作原理違反了能量守恒定律BC[能量守恒適用于全部的熱學過程，選項C正確，D錯誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體必需借助于其他系統(tǒng)做功，選項A錯誤，B正確。]對熵的理解熵值變大是怎么回事？提示：熵值變大指無序性變大，自由度大，變得更混亂。1．熵的微觀意義：熵是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運動無序性的量度。2．熵是表示一個體系自由度的物理量。熵越大，表示在這個體系下的自由度越大，可能達到的狀態(tài)越多。3．熵不是守恒的量，在孤立體系中經(jīng)過一個不行逆過程，熵總是增加的。4．熵的本質(zhì)：熵是體系微觀混亂度的量度，混亂度越大，熵值也越大。【例3】(多選)下列說法正確的是()A．大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動B．熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C．熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D．一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行思路點撥：(1)熱傳遞是有方向性的(2)一切自發(fā)的過程都是向熵值變大的方向進行。CD[分子熱運動是大量分子的無規(guī)則運動，系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運動，依據(jù)熵增加原理，熱運動的結果只能使分子熱運動更加無序，而不是變成了有序。熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故C、D正確。](1)一切自發(fā)過程都是不行逆的，是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)展的過程，即無序性增大的過程。(2)傳熱過程是大量分子由無序程度小的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化為無序程度大的運動狀態(tài)的過程，體現(xiàn)了熱傳遞的方向性。eq\o([跟進訓練])3．(多選)下列關于熵的說法中正確的是()A．熵越大，系統(tǒng)的無序度越大B．對于一個不行逆的絕熱過程，其熵增大C．氣體向真空擴散時，熵值減小D．自然過程中熵總是增加的，是因為通向無序的渠道要比通向有序的渠道多許多ABD[熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度，熵越大，其無序程度越大，A正確；不行逆的絕熱過程，其宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目增大，其熵會增大，不會減小，B正確；氣體向真空中擴散時，無序程度增大，熵值增大，C錯誤；自然過程中，無序度較大的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率較大，因為通向無序的渠道多，D正確。]1．物理觀念：能源、能量守恒定律、熵。2．科學思維：能分清可再生能源與不行再生能源，能夠依據(jù)熵的改變，來節(jié)約能源、愛護環(huán)境。3．科學方法：視察法、調(diào)研法、推理歸納法等。1．(多選)下列關于能量守恒定律的相識正確的是()A．某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加B．某個物體的能量削減，必定有其他物體的能量增加C．不須要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機械——永動機不行能制成D．石子從空中落下，最終靜止在地面上，說明機械能消逝了ABC[依據(jù)能量守恒定律可知，能量既不會殲滅，也不會創(chuàng)生。能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，A、B正確，D錯誤；永動機違反了能量守恒定律，故它不行能制造出來，C正確。]2．如圖所示是流星在夜空中發(fā)出光明的光焰。此時會有人在內(nèi)心里許下一個美妙的愿望。有些流星是外太空物體被地球強大引力吸引墜落到地面的過程中同空氣發(fā)生猛烈摩擦造成的。下列相關說法正確的是()A．流星同空氣摩擦時機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．引力對流星做正功則其動能增加，機械能守恒C．當流星的速度方向與空氣阻力和重力的合力不在同始終線上時，流星做曲線運動D．流星物體進入大氣層后做斜拋運動C[流星同空氣摩擦時只有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A錯誤；引力對流星做正功，除了重力之外還有其他力做功，機械能不守恒，B錯誤；當流星的速度方向與空氣阻力和重力的合力不在同始終線上時，流星做曲線運動，C正確，D錯誤。]3．(多選)下列哪個過程具有方向性()A．熱傳導過程B．機械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程C．氣體的擴散過程D．氣體向真空中的膨脹ABCD[這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程，它們都具有方向性，A、B、C、D正確。]4．(多選)關于孤立體系中發(fā)生的實際過程，下列說法中正確的是()A．系統(tǒng)的總熵不行能減小B．系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C．系統(tǒng)漸漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展D．系統(tǒng)漸漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展AC[在孤立體系中發(fā)生的實際過程，其系統(tǒng)的總