能源与可持续发展课件2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十二章电能能量守恒定律第4节能源与可持续发展内容索引学习目标活动方案检测反馈学习目标1.知道能量守恒定律的内容和重要意义．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．活动方案活动一：知道能量守恒定律我们知道机械能守恒是有条件的，当有更多的能量参与转化时有什么规律呢？科学家们一直在关注自然现象之间的普遍联系：……

1801年戴维发现电流的化学效应；1820年奥斯特发现电流的磁效应；1821年塞贝克发现温差电现象；1831年法拉第发现电磁感应现象；1840年焦耳发现电流的热效应；1842年迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值；1843年焦耳测定了热功当量的数值；1847年亥姆霍兹在理论上概括和总结出能量守恒定律；……从上述现象中可以看出能量的具体形式很多，能量转化是普遍存在的，在转化的过程中“总的能量保持不变”是很多科学家长期努力得出的．1.能量守恒定律(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从____________转化为其他形式，或者从一个物体转移到____________，在转化或转移的过程中，能量的____________保持不变．

一种形式别的物体总量(2)表达式①从不同状态看：E初＝E末．②从能的转化角度看：E增＝E减．③从能的转移角度看：EA增＝EB减．(3)含义①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和____________量相等．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．

增加2.下列对能量守恒定律的认识不正确的是(

)A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了

【解析】

不同形式的能量间可以相互转化，转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间也发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，C正确；石子在空中由于受空气阻力作用，机械能要转化成内能，当与地面接触最后停止在地面上时机械能并没有消失，而是转化成了其他形式的能，能量没有消失，D错误．故选D.【答案】D

3.在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于其增加的动能的值，即机械能的总量在减少．机械能减少的原因是什么？减少的部分能量是消失了吗？【答案】机械能减少的原因是要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能．不是．

4.某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(

)【答案】C活动二：了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性既然能量是守恒的，不可能消失，为什么我们还要节约能源？了解了能量耗散你就能解决这个疑惑．1.能量耗散：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．例如：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成_______能和________能，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的________能，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．内光内2.能量耗散给我们的启示(1)能源危机的含义：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未___________，但在可利用的品质上___________了，从便于利用的变成________________的了．(2)能量转化的方向性与节约能源的必要性能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有__________性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源．减少降低不便于利用方向活动三：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阅读教材“能源的分类与应用”部分，了解我国在太阳能发电、水力发电、风能发电和核能发电方面取得的成就，知道下面的能源开发和利用的关系图．1.下列能源中，属于可再生能源的是(

)A.煤炭B.石油C.天然气D.潮汐能【答案】D2.PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源．关于能源和能量，下列说法中正确的是(

)A.自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用B.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源C.能量被使用后就消灭了，所以要节约能源D.能量耗散说明自然界的能量在不断减少【解析】

煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，A错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发与利用，B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会被消灭掉，只是形式发生了转变，C、D错误．【答案】B3.某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107J/kg，发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)【答案】设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J.设1年内节约的标准煤的质量为m，由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t．检测反馈11.关于能量和能源，下列说法正确的是(

)A.在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少B.由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D.人类在不断开发和利用新能源，所以能量可以被创造【解析】

自然界的能量守恒，能量在数量上并未减少，但能源需要节约，故A正确，B错误；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；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D错误．【答案】A2.关于能量耗散，下列说法中正确的是(

)A.能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，因此，可利用的品质并未降低D.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性【解析】

能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故D正确．【答案】D23.低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、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3【解析】

在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，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率越来越小，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．【答案】D34.如图所示是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(

)4A.流星同空气摩擦时机械能全部转化为内能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【解析】

流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A错误；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确；斜抛运动的物体只受重力作用，而流星除受重力作用外，还要受到空气阻力作用，D错误．【答案】C45.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①②为楔块，③④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(

)5A.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【解析】

在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于要克服摩擦力做功，因此机械能不守恒，A错误；克服摩擦力做功消耗机械能，B正确；撞击以后垫板和车厢有相同的速度，因此动能并不为零，C错误；压缩弹簧过程弹簧的弹性势能增加，并没有减小，不会出现弹性势能转化成动能的情况，D错误．【答案】B56.某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？(结果保留两位有效数字)67.如图所示是架在屋顶的太阳能热水器．已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103J/(m2·s).一台热水器的聚热面积为2m2，若每天相当于太阳直射热水器4h，太阳能的20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？7【答案】根据题意可知，这个热水器一天内最多能利用的太阳能为Q＝ηE0St＝20%×7×103×2×4×3600J＝4.032×107J．8.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1h得到的太阳能为4×105J，太阳光按平均一天照8h计算，恰好可以供电子节能灯工作10h．问：8(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为多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？【答案】(1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能).(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率89.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站．三峡水库蓄水后，平