2019-2020学年高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 3 能量的转化与守恒4．4 能源与可持续发展学案 沪科版必修2VIP

能源变化和保存能源与可持续发展1 .了解不同能量之间的转换，了解能量和能量的耗散。 2 .通过分析生活中能量转换的实例，了解能量守恒定律的正确含义。 重点)3.理解能源转换效率的概念，进行相关计算。 4 .通过了解大量能源消耗对环境的破坏，初步认识到科学技术给人类带来的负面效应，培养节能意识、环境意识。一、分析轿车行驶时能量的变化汽车的行驶消耗燃料，汽车各部分消耗的能量全部由燃料的化学能转化而来。 具体情况如下二、能量守恒定律的确立被称为能源保存法则的创始人的是德国的迈耶，英国的朱尔和德国的亥姆霍兹2 .能源之间的相互转换自然界中，能量的表现形式多种多样，除机械能外，还有能量、光能、化学能等，可以在这些能量之间相互转化，但总能量不变，即遵守能量的转化和保存规律。3 .能量守恒定律：能量不能随便产生也不能消失。 它只能从一种形式变为另一种形式，或者只能从一种物体转移到另一种物体，在转化或转移过程中其总量不变。三、研究能源转化效率1 .定义：改变正在学习的能量和输入能量的比率2 .式：能量转换效率=四、能量转化和转移方向1 .内容：机械能可以完全转化为机械能，相反，在内部能量自发且不发生任何变化而完全不能转化为机械能的传热过程中，内部总是可以自发地从高温物体转化为低温物体，可以自发地从低温物体转化为高温物体2 .含义(一)发现第二类永久动机的可能性；(2)发现了各种自然现象变化的不可逆性；1.(1)传热过程有方向性(2)热量可以自发地从能量内的大物体转移到能量内的小物体(3)可在内自愿转化为机械能提示： (1) (2) (3)五、蓝天、净水、绿地1 .能源(1)概念：能够提供可利用能量的物质均可称为能量(2)分类从人类开发能源的历史区分正常能源：煤、石油、天然气等新能源：核能、太阳能、风能、地热能源、海洋能源等根据可否再生进行分类可再生能源：水能、风力等不可再生能源：石油、煤等2 .可持续发展为保护环境和自然资源，中国制定了可持续发展战略，协调发展能源开发利用、能源与环境等。2.(1)由于中国煤和石油储量丰富，太阳能和核能的开发并不重要()(2)能源利用过程实质上是可能的转变和转移过程()(3)目前人类社会使用的能源主要为煤、石油、天然气()提示： (1) (2) (3)能量守恒定律的理解与应用1 .内容：能量不会消失或产生，只是从一种形式变成另一种形式，或从一个物体变成另一种物体，在变化和变化过程中能量总量不变2 .式： e开始=e结束e增加=e减少3 .利用能量守恒定律解决问题的基本思路(1)某种形式的能量减少，必然其他形式的能量增加，减少量必然等于增加量(2)某物体的能量减少，必然其他物体的能量增加，且减少量和增加量相等。4 .利用能量守恒定律解决问题时应注意的问题(1)该法则是贯穿物理学整体的基本法则之一，是学习物理学的主线(2)要搞清楚系统有什么形式的能量，会发生什么样的转变和转变(3)滑动摩擦力与相对距离之积在产生内，即与q=fs相在数值上相等.5 .利用能量守恒定律解决问题的基本程序(1)辨别是什么形式的能量变化(例如机能、动能、势能等)。(2)分别列举减少的能量e的减少和增加的能量e的增加的公式(3)用e增加=e减少式求解命题视角1对能量守恒定律的理解以下说法是正确的()a .随着科学技术的发展，可以创造出永恒的动机b .太阳照射到地球的光能变成了其他形式的能源，但是照射到宇宙空间的能源消失了c .“马奔跑的同时，马不吃草”违反了能量转换和保存的法则，所以是不可能的d .我有一个“全自动”手表。 不用上发条，不用任何形式的电源，一直可以走路，说明能量什么也做不了想法要点根据能量守恒定律的内容进行判断解析永动机是不消耗或消耗能量就能大量对外工作的装置，与能量转换和保存法则相反，a错误的太阳放射出大量能量，地球只吸收了很少一部分，但放射到宇宙空间的能量也不会消失， 必须换成别的能量，b不对的马和别的动物，人为了运动必须消耗能量，动物的能源是储存在食物中的生物量，c对所谓的“全自动”手表内部有能量转换装置，d不对答案 c(一)任何形式的永动机都不能(2)能量不得随意产生或消失(3)可在各种形式的能量之间相互转化(4)在能源利用过程中，能源可能会消散命题视角二能量守恒定律的应用如图所示，传送带与水平面之间的角度为=30，其上的a、b两点之间的距离为x=5 m，传送带通过马达以v=1 m/s的速度等速运动，将质量为m=10 kg的小物体(可视为质点)轻轻地放置在传送带的a点，小物体与传送带之间的动摩擦系数为(1)传送带做成小物体的工作(2)电动机的工作想法提示解决这个问题的关键有两个(1)加载工件后的运动状态：先均匀加速，然后等速(2)电动机消耗的能量与物体增加的机械能量转化为系统内分析 (1)根据牛顿第二定律mgcos -mgsin =ma得到a=g=2.5 m/s2物体速度为1 m/s时，位移为s=0.2m也就是说，物体等速移动了4.8 m根据功能关系，得到w=ek ep=255 j .(2)若电动机工作，则小物体的机械能增加，且在小物体与带之间因摩擦而产生热q由v=at得到t=0.4 s相对位移是s=vt-s=0.2m摩擦发热q=mgscos =15 j马达的工作是270 j( (1)255 j (2)270 j关于能源的转化和保存法则的说法不对的是()a .能量可以从一种形式转变为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体b .能源形式多种多样，它们之间可以相互转换c .一个物体的能量增加，其他物体的能量必然减少d .能源转化和保存规律证明第一类永久动机是不可能的解析： a .选择能量不仅可以从一种形式转变为另一种形式，而且可以从一种物体转变为另一种物体，如热传导，从高温物体转变为低温物体。对工作与能源转换关系的理解1 .职能和职能(1)工作是力量的空间积累，是过程量(2)反映了物体能够对外工作的能力，是与物体所处的状态相对应的状态量2 .工作与能源转换的关系功能关系概要(1)不同形式的能源之间的转换是通过工作来实现的，工作过程是各种形式的能源之间的转换(或转移)过程，做了多少工作，有多少能源转换(或转移)(2)工作是能量转换的尺度；功能关系示例(1)重力功：重力势与其他能量相互转化(2)弹性功：弹性势能和其他能量可相互转换(3)与外力配合工作：动能与其他形式可相互转化(4)除重力、系统内弹力外，其他力的功能：机械能和其他形式可相互转化让我们来解释一下现象的能量是怎样变化的(1)在水平道路上行驶的汽车，发动机停止后，速度越来越小，最后停止(2)电扇通电后开始旋转，切断电源后旋转的风扇又慢慢停止了(3)火药爆炸产生气体，子弹受气体挤压从枪口发射，穿过钢板，速度下降(4)用柴油机使发电机发电，向电动泵供水，从低到高抽水在“构想点刻度盘”物体之间发生能量移动的情况下，能量的形状发生不变的能量变化时，能量的形状必须发生变化。 确定能量的变化时，可以通过比较来确定哪个能力发挥作用，消耗什么能力，得到什么能力。解析 (1)在水平道路上行驶的汽车，发动机停止后，速度越来越小，最后停止了。 在这个过程中，汽车受到的阻力变为负值，机械能变为能量。(2)电扇通电后开始旋转，电流工作，电能转换为机械能，一部分转换为内部能量，切断电源后旋转的风扇慢慢停止，电阻变为负，机械能变为能量(3)火药爆炸产生气体，化学能转化为内能的子弹被气体按压从子弹孔中发射出来，加力工作，能转化为机能的子弹穿过钢板，速度减小，阻力负功能，机能转化为内能(4)用柴油机驱动发电机发电，化学能转化为机械能，发电机发电后，向电动泵供水，电流成功，电能转化为机械能的电动泵将水从低处抽到高处，泵将水转化为水有关答案，请参见分析一种形式的能量减少，一定会增加另一种形式的能量，一种物体的能量减少，一定会增加另一种物体的能量，无论能量如何移动转化，能量的总和不变2.2如图所示，是流星在夜空中发出的明亮的光焰。 此时，有人在心中许下一个美好的愿望。 也有在地球的强引力作用下宇宙物体落地的过程中与空气剧烈摩擦的流星。 以下的相关说法是正确的a .流星与空气摩擦时机械能的一部分转化为内部能量b .引力对流星起正作用，动能增加，机械能守恒c .流星的速度方向、空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星进行曲线运动d .流星物体进入大气层后，做斜投运动解析： ac .流星与空气摩擦时，一部分机械能转化为能量，a正确的重力对流星起正作用，除重力外还有力，不保存机械能，b错误的流星速度方向和空气阻力与重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，c正确，d错误能源与可持续发展1 .能源转换效率能量的转化效率转化为正在学习的能量与输入能量之比=100%2 .能源转换方向的理解能量的转化和保存规律指的是各种形式的能量可以相互转化，在转化和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，显示了与内在转化和转移有关的方向性(1)机械能全部转换成能量，但能量全部不能转换成机械能，不会发生其他变化。(2)内总是自发地从高温物体转移到低温物体，不能自发地从低温物体转移到高温物体.3 .永动机问题(1)第一类永久动机主张，一旦运转，不需要持续供给能源，能够自动不断地工作。 实际上，我们认为能源是无所作为的创造，是违反能源保存法则的。(2)第二类永久动机不违反能量守恒定律，它也为机器提供能量，但只是从单一均匀的热源(如海洋、大气)吸收能量。 这种永动机在设计循环过程中，必须将热能从低温物体传递到高温物体，或者将热能转化为100%机械能。 这与自然界热现象相关的实际宏观过程是不可逆的，即与能量转化和转移方向相反。下面的说法正确的是()a .自发地从甲物体向乙物体传热，表明在甲物体内比乙物体多b .热机的效率原理上达到100%c .因为能源被保存，所以“能源危机”是不可能的d .上述说法不正确解析自发传热的条件是必须存在温度差，因此不是内部的差，而是甲物体向乙物体传热，说明甲物体的温度比乙物体高，因此a错误的任何热机的效率都不能达到100%，所以b错误答案 d能源保存，不减少，但能源的变化有方向性，有些能源不能再利用，因此存在能源危机，但不表示能源没有保存3 .可能发生以下过程()a .某种工作物质从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，没有其他影响b .打开高压密闭容器，其中的气体自发溢出后，又自发缩回，恢复原状c .利用其他手段，进一步降低低温物体的温度，进一步提高高温物体的温度d .自发相互溶解两种不同液体，然后自发分离分析： c .机械能完全转化为能量，相反，能量可以自发地、不发生任何变化地全部转化为机械能量，在选项a不正确的传热过程中，内部总是自发地从高温物体转化为低温物体， 虽然不可能自发地从低温物体转移到高温物体，但是通过其他方式，内部能够从低温物体转移到高温物体，例如由于是冰箱，所以选择项c能够自发地进行与正确的气体的自发溢出不同的液体的自发的相互溶解，但其相反的过程不能自发地进行，选择项b随堂检查1.(多项回答)下一个物理过程有方向性的是()a .机械能向内能源的转换过程b .动能与重力势的转换过程c .传热过程d .以上三种情况都有方向性分析： ac .选择机械能可以自发地转化为能量，但不能自发地转化为机械能的动能和重力势能相互转化，没有方向性的热只能自发地从高温物体传递到低温物体，自发地从低温物体传递到高温物体2 .能源利用的过程实质上是()a .能源消失过程b .能源创造过程c .能源转化和转移过程d .能量的变化、传递和消失的过程分析： c .能源利用过程是能源的转移和转化过程，在转移和转化过程中能源得以保存，因此选项c是正确的关于能源和能源，以下的说法正确的是()a .自然界的能量是保存的，不需要节约能量b .在利用能源的过程中，能源没有数量减少c .能量耗散表明能量在转化过程中没有方向性因为人类不断开发利用新能源，所以能源是可以创造的分析： b .自然界总能量保存，能量只能从一种形式转移到另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在利用能量不能被创造的能量过程中，能量不会数量减少，能量的消耗会使能量利用质量下降，能量转换是有方向性的4