2024-2025学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律第4节能源与可持续发展学案新人教版必修3

PAGE7-能源与可持续发展【学习目标】1．知道能量守恒定律的详细内容。2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知学问点1能量守恒定律能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，它只能从一种形式__转化__为其他形式，或者从一个物体__转移__到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持__不变__。学问点2能量转移或转化的方向性1．能量转化的方向性科学家探讨发觉，一切与热现象有关的宏观自然过程都是__不行逆__的。2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新__利用__的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有__方向__性。3．节约能源的根本缘由：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未__削减__，但在可利用的品质上__降低__了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。学问点3能源的分类与应用1．不行再生能源：煤炭、石油和自然气是目前人类生产、生活中运用的主要能源，又叫__化石__能源。2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于__太阳能__的这些能源。3．我国能源的开发：太阳能发电、__水力__发电、风能发电、__核能__发电。学问点4能源与社会发展1．人类对能源的利用经验的三个时期：__柴薪__时期、煤炭时期、石油时期。2．能源的开发和利用对环境造成的影响：(1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了__温室__效应，使得两极的冰雪溶化，海平面上升。(2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度上升，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化__土壤__。(3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照耀，产生光化学__烟雾__。燃烧时产生的__浮尘__也是主要的污染物。预习自测『判一判』(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。(√)(2)石油、自然气都属于新能源。(×)(3)能量耗散不遵循能量守恒定律。(×)(4)能量耗散会导致能量品质的降低。(√)(5)为了可持续发展，必需节约能源。(√)(6)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。(√)(7)能量耗散现象反映了在一些特别过程中能量并不守恒，从而导致能源不行再生。(×)『选一选』在探讨性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的(D)A．制作一个内能回收器，将散失在四周环境中的内能全部收回再利用B．独创一种不须要任何外界的动力而持续对外做功的机器—永动机C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严峻污染了空气，想方法使它们自发地分别，既清洁了空气，又变废为宝D．将房屋顶盖上太阳能板，可干脆用太阳能来解决照明和热水问题解析：系统的内能流失到四周环境中，不行能全部收回再利用，A错；永动机违反能量守恒定律，不行能制成，B错；扩散现象具有方向性，逆过程不行能自发进行，C错；太阳能可以用来发电和进行加热，D正确。『想一想』如图所示是两幅宣扬节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它事实上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、自然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会削减但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。课内互动探究细研深究·破疑解难探究能量守恒定律的理解和应用┃┃情境导入__■如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。提示：蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光。┃┃要点提炼__■1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度上升，机械能转化为内能。2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能削减，肯定有其他形式的能增加，且削减量和增加量肯定相等。(2)某个物体的能量削减，肯定存在其他物体的能量增加，且削减量和增加量肯定相等。3．应用能量转化与守恒解题的步骤(1)首先分析探讨对象的受力状况、做功状况、能量的转化方向及初、末状态能量的详细形式。(2)分别列出削减的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。┃┃典例剖析__■典例1如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10V9W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)(1)太阳能节能灯的能量转化状况；(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？解析：(1)能量转化：太阳能→电能→光能。(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：P＝eq\f(4×105,0.3×1×3600)W≈370W(3)节能灯利用太阳能的效率：η＝eq\f(9×10×3600,4×105×8)×100%≈10%答案：(1)见解析(2)370W(3)10%┃┃对点训练__■1．如图所示，一个粗细匀称的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体起先运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为(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：去掉右侧盖板之后，液体向左侧流淌，最终两侧液面相平，液体的重力势能削减，削减的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧eq\f(1,2)h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱削减的重力势能，则Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正确。探究能源的利用与可持续发展┃┃情境导入__■如图所示是我国最大的山坡光伏发电站——河北曲阳光伏发电站。太阳能是一种具有良好开发前景的新能源，与常规能源相比它具有哪些优点？提示：光伏发电过程简洁，没有机械传动部件，不消耗燃料，无噪音、无污染，太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。┃┃要点提炼__■1．能源开发和利用的关系图2．能源的分类能源分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常运用煤、石油、自然气、水能新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生分可再生能源可循环运用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不行再生能源短期内无法转换获得煤、石油、自然气、核燃料按对环境污染状况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严峻污染环境化石燃料(煤、石油、自然气)3.能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪溶化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严峻问题。(2)做好环境爱护工作目前的任务是采纳环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。┃┃典例剖析__■典例2(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是(ACD)A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B．依据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．开发和利用能源的同时，必需加强对环境的爱护D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径思路引导：虽然能量是守恒的，但能源会越来越少，所以要节约能源。常规能源的储量有限，且存在环境污染问题，必需开发新能源。解析：能源是有限的，必需合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但运用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必需加强对环境的爱护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。┃┃对点训练__■2．(2024·山东省潍坊二中高二下学期月考)“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是(A)A．人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不奢侈和人为毁坏物品B．关闭现有的火力发电站C．各地都要兴建水力和风力发电站D．停止运用石油资源，而以核能和太阳能取代解析：受地域环境的限制，风力、水力发电站不能在各地兴建，因而不能关闭全部火力发电站，故B、C错；受技术限制，核能和太阳能尚未大规模被利用，所以也不能停止运用石油资源，故D错误。核心素养提升以题说法·启智培优能量耗散和品质降低1．能量耗散(1)燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。这样的现象叫能量耗散。(2)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性。2．能量品质的降低能量耗散虽然不会使能量削减，却会导致能量品质的降低，它事实上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、自然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。案例(多选)下列关于能量耗散的说法，正确