12.4能源与可持续发展 教案 -高中物理人教版（2019）必修第三册

12.4能源与可持续发展【教学目标】列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的含义2.通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性3．收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害，思考科学·技术·社会·环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动4.了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯【教学重难点】教学重点：教学难点：通过本节的学习，让学生认识到目前面临的能源和环境问题，形成应有的科学态度和社会责任感【教学过程】导入新课能量守恒定律: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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变思考：既然能量是守恒的，不会凭空消失,为什么我们还要节约能源呢？二、讲授新课（一）能量转移或转化的方向性思考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？指导：温度相等思考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能？指导：这一现象不违背能量守恒定律，但是仍然不可能实现。思考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？指导：能量的利用。归纳：能量转化的不可逆性：科学家对有关自然现象和经验事实进行大量研究后发现:一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。能量的耗散

(1)定义：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为光能和热能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内热，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：能量的数量是不变的，但是能量可利用的品质降低了。

(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然中宏观过程具有不可逆性。（二）能源的分类与应用1、煤炭、石油、天然气等化石能源,短期内无法恢复的能源,称为不可再生能源。2、水能、风能、潮汐能等能源,归根结底来源于太阳能,这些能源在自然界可以再生,称为可再生能源。3、我国的能源开发成就（1）太阳能发电：我国是最大的光伏制造国。发电容量4.158×107kW。（2）水力发电：装机容量约占全球水电装机总量1/4，居全球第一。（3）风能发电：装机容量居全球第一。（4）核能发电：自主知识产权的华龙一号。（二）能源与社会发展1.能源利用的三个时期是柴薪时期、煤炭时期、石油时期。2.煤炭和石油的燃烧对环境的危害:(1)燃烧时增加了大气中二氧化碳的含量,加剧了温室效应。(2)因煤炭和石油中含有硫,燃烧时形成二氧化硫等物质使雨水的酸度升高,形成“酸雨”。(3)内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应,产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射,产生二次污染物质——光化学烟雾。3.能源的开发与环境的关系:(1)人类的生存与发展需要能源,能源的开发与使用又会对环境造成影响。(2)一方面要大力提倡节能,另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。【当堂达标】1．关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的（）A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响D．通过核聚变利用核能是目前开发新能源的一种新途径2.对热现象的认识和应用，下列说法正确的是（）A．热量不能从低温物体传到高温物体B．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向同性的特点C．改变物体内能的方法有做功和热传递D．一切能源都取之不尽，用之不竭3．关于能量和能源，下列说法正确的是（）A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质提升了4．某城市人口密度大，汽车等交通工具向大气中排放大量碳氢化合物、氮的氧化物等有害物质，最有可能发生的是（）A．酸雨 B．臭氧层空洞C．光化学烟雾 D．温室效应作业检测

一、基础达标（每题4分）

1．(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是()

A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律

B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用

C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的

D．能量耗散导致能量品质的降低

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，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．节约能量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

3．生活中，作为其他各种形式能量的中转中心的能量是()

A．电能B．风能C．太阳能 D．化学能

4．下列供热方式最有利于环境保护的是()

A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热

C．用天然气或煤气做燃料供热 D．用太阳能灶供热

5．下列叙述不正确的是()

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏

C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因

D．“白色污染”是当前环境保护有待解决的问题之一

6．柴油在柴油机的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，气体的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能。燃烧相同的柴油，输出的机械能越多，柴油机越节能。有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，感知一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法正确的是()

A．尾气的温度越高，柴油机越节能

B．尾气的温度越低，柴油机越节能

C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关

D．以上说法均不正确

7．如图所示，一小孩从粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是()

A．重力势能减小，动能不变，机械能减小

B．重力势能减小，动能增加，机械能减小

C．重力势能减小，动能增加，机械能增加

D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒

8．关于能源的利用，下列说法不正确的是()

A．因为自然界的能量是守恒的，所以不需要节约能源

B．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于其周围农村的环境温度

C．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应

D．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的

9．(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0水平射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动。已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为s。若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则在此过程中产生的热量为()

A．Q＝Ff(L＋s) B．Q＝eq\f(1,2)mv02－eq\f(1,2)mv2

C．Q＝Ffs D．Q＝eq\f(1,2)mv02－eq\f(1,2)(M＋m)v2

二、能力提升（每题6分）

10．(多选)如图所示，流星在夜空中发出明亮的光焰。此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引在坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是()

A．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能

B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒

C．当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力方向不在同一直线上时，流星做曲线运动

D．流星物体进入大气层后做斜抛运动

11．如图所示是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图。图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()

A．缓冲器的机械能守恒

B．摩擦力做功消耗机械能

C．垫板的动能全部转化为内能

D．弹簧的弹性势能全部转化为动能

12．(多选)变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍。定频空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样的频繁启动，耗电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法合理的是()

A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律

B．变频空调运行中做功少，转化的能量多

C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电

D．变频空调与定频空调做同样多的功时，消耗同样多的电能

13．有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。有一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV～20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是()

A．机械能转化为电能 B．内能转化为电能

C．光能转化为光能 D．化学能转化为电能

14．(附加题，10分)一质量为8．00×104kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度