高中物理 4.4能源与可持续发展1课件 沪科版必修2.ppt

4 4能源与可持续发展 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 4 4 课标定位 学习目标 1 理解不同能量之间的转化 知道能源和能量耗散 2 通过对生活中能量转化的实例分析 理解能量守恒定律的确切含义 3 理解能量的转化效率的概念并进行相关计算 4 通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏 初步认识科技给人类带来的负面效应 具有节能意识 环保意识 重点难点 重点 1 各种能量间的转化及能量守恒定律的理解 2 利用能量转化效率公式分析解决实际问题 难点 各种能量转化的分析及计算 课前自主学案 一 分析小汽车行驶时能量的转化汽车行驶要消耗燃料 汽车各部分消耗的能量都是由燃油的 转化来的 具体情况如下 化学能 二 能量守恒定律的确立1 被誉为能量守恒定律奠基者的有德国的 英国的 和德国的 2 能量之间的相互转化自然界中 能的表现形式是多种多样的 除了机械能外 还有内能 电能 光能 化学能等 这些能量间可以相互 但总的能量 即遵守 定律 迈尔 焦耳 亥姆霍兹 转化 不变 能的转化和守恒 3 能量守恒定律能量既不能凭空 也不能凭空 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量 三 研究能量的转化效率1 定义 转化为 的能量跟 能量的比值 产生 消失 不变 有用功 输入 自发 任何变化 自发 自发 不可能 2 表达式 能量的转化效率 四 能量转化和转移的方向性1 内容 机械能可以完全转化为内能 反过来 内能就不可能 地并且不引起 地完全转变为机械能 在热传递的过程中 内能总是能 地从高温物体向低温物体转移 而不可能 地从低温物体向高温物体转移 2 意义 发现了第二类永动机的 性 发现了各种自然现象转化的不可逆性 五 让天更蓝 水更清 地更绿1 能源 1 概念 能够提供可利用能量的物质 都可以称为能源 2 分类 从人类开发能源的历史划分常规能源 煤 石油 天然气等 新能源 核能 太阳能 风能 地热能 海洋能等 从能否再生分类可再生能源 水能 风能等 不可再生能源 石油 煤等 2 可持续发展保护环境和自然资源 核心要点突破 一 功和能量的转化关系1 功与能 1 功是力在空间上的积累 是过程量 2 能反映了物体能够对外做功的一种本领 与物体所处的状态相对应 是状态量 2 功与能量转化的关系 简称功能关系 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 下列关于能量转化的说法中正确的是 a 举重运动员把重物举起来 体内一部分化学能转化成重物的机械能b 电流通过电阻丝使电能转化为内能c 内燃机做功过程实现了燃料的化学能向内能的转化d 水流冲击水轮机发电 水流的动能转化成电能 解析 选abd 物体被举高时 机械能增加 增加的机械能由人体内化学能转化而来 a对 电流通过电阻丝时 根据焦耳定律 电阻丝内能增加 是由电能转化而来 b对 内燃机中燃料燃烧 将化学能转化为内能 再进一步转化为机械能 c错 水力发电的原理就是将水的动能转化成电能 d对 二 正确理解能量守恒定律1 表达式 e初 e末 e增 e减 2 该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一 是学习物理学的一条主线 3 要分清系统中有多少形式的能 发生了哪些转化和转移 4 能量守恒定律的重要意义 1 能量守恒定律是普遍适用的 对宏观世界 微观世界 高速运动 低速运动等都成立 2 能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系 提醒人们自然科学是相互联系 相互统一的 3 能量守恒定律是人类认识自然的重要依据 20世纪20年代 科学家们在研究 衰变的过程中发现能量不守恒 于是他们根据能量守恒定律大胆地预言了还有一种未发现的粒子 这就是现在已被科学界公认的中微子 这一事例说明了能量守恒定律已成为人类认识自然的重要依据 4 能量守恒定律是人类利用自然的重要武器 5 用能量守恒定律解题的基本步骤 1 确定研究过程 分清有多少形式的能 如机械能 内能 电能等 在变化 2 分别列出减少的能量 e减和增加的能量 e增的表达式 3 根据能量守恒定律列方程求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 下列说法正确的是 a 随着科技的发展 永动机是可以制成的b 太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量 但照射到宇宙空间的能量都消失了c 既要马儿跑 又让马儿不吃草 违背了能量转化和守恒定律 因而是不可能的d 有种 全自动 手表 不用上发条 也不用任何形式的电源 却能一直走动 说明能量可以凭空产生 解析 选c 永动机是指不消耗或少消耗能量 而可以大量对外做功的装置 违背了能量转化和守恒定律 a错 太阳辐射大量的能量 地球只吸收了极少的一部分 但辐射到星际空间的能量也没有消失 一定是转化成了别的能量 b错 马和其他动物 包括人要运动 必须消耗能量 动物的能量来源是食物中储存的生物质能 c正确 所谓 全自动 手表内部是有能量转化装置的 d错 三 对能量转化和转移的方向性理解1 对方向性的理解能量转化和守恒定律指各种形式的能量是可以相互转化的 并且在转化或转移过程中总和不变 但实际上 能量的转化和转移也不是任意的 涉及内能的转化和转移都是有方向的 表现在 1 机械能可以全部转化为内能 但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化 2 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移 而不能自发地从低温物体向高温物体转移 2 对第二类永动机的认识第二类永动机是指机器能自发地从低温热源吸收内能 向高温热源释放 高温热源将得到的能量通过另一台做功装置 对外做功 它虽然不违背能量守恒定律 但违背了能量转化和转移的不可逆性 即能量不能自发地从低温热源转移到高温热源 因此它也是不可能成功的 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 下列过程 可能发生的是 a 某工作物质从高温热源吸收的热量 全部转化为机械能 而没有其他任何影响b 打开一高压密闭容器 其中的气体自发溢出后又自发缩回去 恢复原状c 利用其他手段 使低温物体温度更低 使高温物体温度更高d 将两瓶不同液体自发互溶 然后又自发地各自分开 解析 选c 机械能可以完全转化为内能 反过来 内能却不能自发地 并不引起任何变化地全部变为机械能 选项a错误 在热传递过程中 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移 而不可能自发地从低温物体向高温物体转移 但可以通过其他方式使内能从低温物体向高温物体转移 例如电冰箱 故选项c正确 气体自发溢出和不同液体自发互溶是可以自发进行的 但其逆过程是不能自发进行的 选项b d错误 课堂互动讲练 2010年高考山东卷 如图4 3 1所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为m 粗细均匀 质量分布均匀的软绳置于斜面上 其上端与斜面顶端齐平 用细线将物块与软绳连接 物块由静止释放后向下运动 直到软绳刚好全部离开斜面 此时物块未到达地面 在此过程中 图4 3 1 答案 bd 方法总结 能量转化是与做功紧密地联系在一起的 力做功时 必然伴随着能量的转化 而且功与能量转化的量值是相等的 这一等量关系不仅提供了计算功的大小的另一种途径 而且涉及功与能的其他物理量也可在这一等量关系中求出 下列说法正确的是 a 从甲物体自发地传递热量给乙物体 说明甲物体的内能比乙物体多b 热机的效率从原理上可大于100 c 因为能量守恒 所以 能源危机 是不可能的d 以上说法均不正确 精讲精析 自发地产生热传递的条件是必须存在温度差 而不是内能差 甲物体传递热量给乙物体 说明甲物体的温度比乙物体高 故a错误 由热力学第二定律 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 可知 任何热机的机械效率都不可能达到100 因此b错 关于 能源危机 必须清楚 1 能源是提供能量的资源 如煤 石油等 2 人们在消耗能源时 放出能量 有的转化为内能 有的转化为机械能等等 但最终基本上都转化成了内能 人们无法把这些内能收集起来再利用 能量耗散 而可供利用的能源是有限的 不可能再生 或短时间内不可再生 因此 能源危机 并非说明能量不守恒 c错 答案 d 取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒 筒内装水0 6kg 用来测量射到地面的太阳能 在太阳光垂直照射2min后 水的温度升高了1 1 计算在阳光直射下 地球表面每平方厘米每分钟获得的能量 2 已知射到大气顶层的太阳能只有45 到达地面 另外