人教版高中物理必修第三册第十二章4能源与可持续发展课件

4．能源与可持续发展第十二章电能能量守恒定律整体感知·自我新知初探[学习任务]

1．知道不同形式的能量可以相互转化，在转化的过程中能量总量保持不变。2．知道什么是能量耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。3．了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。4．认识当前的环境问题，增强环保和可持续发展的意识。[问题初探]

问题1．内能不会自发地从凉水向热鸡蛋转移，这说明了什么？问题2．耗散的能量损失了吗？那为什么还要节约能源呢？[提示]问题1．能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。问题2．耗散的能量没有损失，以整体为研究对象的话，整体的能量保持不变。因为能量的品质降低了，所以要节约能源。[自我感知]经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。探究重构·关键能力达成1．能量守恒定律：能量既不会__________，也不会__________，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在______和______过程中，能量的总量保持______。2．能量转化的不可逆性：大量研究发现，一切与________有关的宏观自然过程都是________的。知识点一能量转移或转化的方向性凭空产生凭空消失转化转移转化转移不变热现象不可逆3．能量的耗散(1)定义：电池中的________转化为电能，电能又通过灯泡转化为______和______，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的______，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。(2)能量的耗散表明：能量的数量是______的，但是能量可利用的品质______了。(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有________。化学能内能光能内能守恒降低方向性如图所示是小型汽油机模型，通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄围绕曲轴中心做往复的圆周运动，从而输出动力。问题1．汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？提示：汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。问题2．内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？提示：不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。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，车轮温度升高，机械能转化为内能。2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。

3．应用能量转化与守恒解题的步骤(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。

(2)分别列出减少的能量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1】(对能量转化的理解)市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(

)A．太阳能→电能→机械能B．太阳能→机械能→电能C．电能→太阳能→机械能D．机械能→太阳能→电能√A

[帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故A正确。]【典例2】

(能量转化与守恒的应用)某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为1.23kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为(

)A．3kW

B．16kWC．30kW

D．160kW√

1．能源的分类(1)不可再生能源：像煤炭、______和天然气这类无法在短时间内再生的能源。(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。知识点二能源的分类与应用能源与社会发展石油2．我国能源的开发(1)太阳能发电。(2)水力发电。(3)风能发电。(4)______发电。3．人类利用能源的三个时期：______时期、煤炭时期、石油时期。4．利用不可再生能源带来的危害(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如______效应。(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，______土壤。(3)产生________烟雾，产生浮尘。核能柴薪温室酸化光化学问题1．自然界物质的运动有许多不同的形式，每种运动形式都有对应的能量。机械运动、热运动、电荷的定向移动分别对应何种形式的能量？提示：机械运动对应的能量形式是动能；热运动对应的能量形式是内能；电荷的定向移动对应的能量形式是电能。问题2．考察你的家庭与学校，你在生活和学习中必须用到哪些形式的能量？提示：内能、电能、光能和机械能。1．能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少。(2)能源是可以提供可利用能量的物质。2．解决能源危机的措施(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源。(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行。3．常规能源和新能源的转化途径4．能源可持续发展(1)对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。(2)开发清洁的新能源和可再生能源。(3)积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。【典例3】

(能源的分类)(多选)以下说法正确的是(

)A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B．汽油是一种清洁能源C．水能是可再生能源D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的√√AC

[煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水能是可再生能源，选项C对；煤、石油、天然气等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错。]【典例4】

(能源的开发和利用)(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是(

)A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径√√√ACD

[能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地使用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能量会转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；不断开发新能源是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径，故D正确。]【教用·备选例题】针对工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是(

)A．排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律B．排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律C．当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理D．能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化√A

[排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确。本题选错误的，故选A。]应用迁移·随堂评估自测1．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度，他的办法是先关好房间门窗，然后打开冰箱的所有门，最后让冰箱运转。不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将(

)A．升高

B．保持不变C．开机时降低，停机时又升高

D．降低√243题号1A

[由能量守恒定律可知，在门窗关闭的房间中，冰箱将消耗的电能转化为室内空气的内能，使室内温度升高。]2．关于能源的利用和节约，下列说法正确的是(

)A．根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉23题号14√D

[能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。]23题号143．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是(

)A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化D．“温室效应”使得土壤酸化23题号41√√BC

[“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确。]23题号414．如图所示是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出2m，列车在途中轨道进站前的速度为29.2km/h。(1)此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？(g取10m/s2，结果保留三位有效数字)(2)你认为工程师这样设计的意图是什么？243题号1

243题号1(2)工程师的设计意图：车到站要停车，车此时有很大动能，若刹车就会把车的动能转化成内能，若车利用上坡，就把车的动能转化成重力势能储存起来；车出站由静止开始运动，需要电机启动，若车利用下坡，则可以把重力势能转化成动能，便于启动，也节省了电能，起到节能的作用。243题号1[答案]

(1)能冲上站台5.08m/s

(2)见解析回归本节知识，完成以下问题：1．把刚刚煮的鸡蛋拿出来放在冷水中，过一会儿后，鸡蛋和水的温度会怎么变化？提示：鸡蛋的温度降低，水的温度升高。2．过一段时间水和鸡蛋的温度会相同。试问是否可能发生这样的现象：再过一会儿后，水的温度自发降低，鸡蛋的温度重新上升？提示：不会。3．既然能量是守恒的，不会凭空消失，那我们还需要节约能源吗？提示：能量的耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。因此，自然界的能量虽然是守恒的，我们还是要节约能源。

题组一能量转移或转化的方向性1．(多选)关于能量和能源，下列说法正确的是(

)A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造C．氢能源是清洁能源D．能量可以从一种形式转化为另一种形式1题号23456789√101112课时分层作业(十五)能源与可持续发展√CD

[自然界的能量守恒，但能源需要节约，故A错误；为了提高生活质量，人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；氢燃烧的产物是水，所以氢能源是清洁能源，故C正确；能量可以从一种形式转化为另一种形式，故D正确。]1题号234567891011122．从能量的转化与守恒的角度理解，太阳能草坪节能灯(

)A．创造了电能B．草坪节能灯白天储存太阳能，晚上再把太阳能释放C．创造了太阳能D．把太阳能转化成了电能，电能再转化为光能√1题号23456789101112D

[根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其总量不变。草坪节能灯把太阳能转化成了电能，电能又转化为光能，故D正确，A、B、C错误。]1题号234567891011123．如图是城市照明中常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是(

)A．光电池板是将电能转化为光能B．照明灯是将内能转化为电能C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能D．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能√1题号23456789101112C

[这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，选项A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，选项B错误；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，有利于路灯晚上照明使用，选项C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，选项D错误。]1题号234567891011124．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了(

)A．热量能自发地从低温物体传到高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性√1题号23456789101112√BD

[一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故B、D正确。]1题号23456789101112

题组二能源的分类与应用能源与社会发展5．关于能源、能量，下列说法正确的是(

)A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站C．能量是守恒的，不会发生能源危机D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源√1题号23456789101112A

[可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，选项A正确；核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，选项B错误；由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，选项C错误；化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，选项D错误。]1题号234567891011126．低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是(

)A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源√1题号23456789101112D

[在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。]1题号234567891011127．使用家电时，以下做法中，有利于节约用电的是(

)A．停用空调时，只通过遥控器关机B．使用空调时总将其自动温度控制器设定在16℃C．看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关D．使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡√1题号23456789101112C

[停用空调时，可以通过遥控器关机，但对节约用电无作用，因为待机状态要消耗电能，故A错误；使用空调时总将其自动温度控制器设定在16℃会多耗电，故B错误；看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关，待机电路断电，可以节约用电，故C正确；使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡，这将导致耗电较多，故D错误。]1题号234567891011128．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(

)A．禁止使用煤、石油和天然气B．开发利用核能、太阳能C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气D．植树造林√1题号23456789101112√BD

[能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，选项A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，选项D正确。]1题号234567891011129．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(

)1题号23456789101112A．200J

B．250JC．300J D．500J√

1题号2345678910111210．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站一年的发电量(kW·h)是多少？(一年按365天计算，g取10m/s2，水的密度ρ＝1×103kg/m3)1题号23456789101112

[答案]

8.76×104ηQh(kW·h)11．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10V

9W”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情况；(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？1题号23456789101112

1题号23456789101112[答案]

(1)见解析(2)370W

(3)10%12．(2022·浙江6月选考)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9m/s时，输出电功率为405kW，风速在5～10m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是(

)1题号23456789101112

1题号23456789101112√

1题号23456789101112题号13524687910111213√1415一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10题为多选题。)1．下列说法正确的是(

)A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功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

章末综合测评(四)题号135246879101112131415C

[任何机器都不能违背能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；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能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。]题号21345687910111213√1415

题号213456879101112131415

题号324568791011121311415

√

题号42356879101112131√14154．如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，三个灯泡亮度的变化情况是(

)A．L1变亮，L2和L3均变暗B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗C．L1变暗，L2和L3均变亮D．L1变亮，L2变亮，L3变暗题号423568791011121311415C

[当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，所以L3变亮。内电压增大，路端电压减小，因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗。总电流变大，流过L1的电流变小，所以流过L2的电流增大，L2变亮，故C正确。]题号24536879101112131√14155．人体含水量约70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。某脂肪测量仪如图甲所示，其原理就是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，其内部电路可简化为图乙所示，不计电源内阻。测量时，闭合开关，测试者两手分别握手柄A、B，体型相近的两人相比，脂肪含量高者握着手柄时(

)A．电流表的读数更大B．电压表的读数更大C．定值电阻R两端的电压更大D．电压表的读数与电流表的读数的比值更小题号245368791011121311415B

[由题可知脂肪含量高者不容易导电，则电阻较大，所以脂肪含量高者握着手柄，电流较小，则定值电阻R两端的电压更小，电压表示数更大，

电压表的读数与电流表的读数的比值更大，故B正确。]题号24536879101112131√14156．在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。闭合开关S，当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V，重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V，电压表、电流表均为理想电表，则这台电动机正常运转时的输出功率为(

)A．32W B．44WC．47W D．48W题号245368791011121311415

题号24537689101112131√1415

题号245376891011121311415

题号24538679101112131√14158．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列判断正确的是(

)A．灯泡L1的电阻为12ΩB．通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍C．灯泡L1消耗的电功率为0.75WD．灯泡L2消耗的电功率为0.30W√√题号245386791011121311415

题号92453867101112131√1415

√题号924538671011121311415

题号92453867101112131√141510．如图甲所示电路中滑动变阻器滑片从最右端向最左端滑动，过程中记录下多组对应的电表读数并画出电压表读数U和电流表读数I的关系图像，如图乙。已知电路中所有电表均为理想表，根据图像信息，下列说法中正确的是(

)A．电源电动势为3VB．电源内阻为6ΩC．滑动变阻器阻值为6Ω时，其电功率最大D．滑动变阻器接入电路的最大阻值为12Ω√题号924538671011121311415

题号924538671011121311415二、实验题11．(1)电阻表的内部电路如图甲所示。题号924538671011121311415已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r。下列说法正确的是________。A．电阻表的工作原理是闭合电路的欧姆定律B．电路图中左侧的表笔为黑表笔C．电阻表表盘的最左端为欧姆“0”刻度D．电阻表表盘的中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0AD题号924538671011121311415(2)如图乙所示是把量程为3mA的电流表改装成电阻表的示意图，其中电源电动势E＝1.5V。改装后若将原电流表3mA刻度处定为零阻值位置，则1.5mA刻度处应标________Ω，1mA刻度处应标________Ω。5001000题号92