2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册 12.4能源与可持续发展 课件 (共28张PPT)

(共28张PPT)
人教版物理必修三
第十二章 电能 能量守恒定律
第四节 能源与可持续发展
引入新课
能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾和问题是生活在地球上每一个人的职责。
我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……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
任何人类活动都离不开能量,不同形式的能量可以互相转化
A
B
hA
hB
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，能量的总量保持不变。这个规律叫作能量守恒定律。
一、能量守恒定律：
机械能守恒定律告诉我们:
机械运动的物体具有动能和势能，且可以相互转化。
电能转化为内能、光能和机械能。
二、能量转移或转化的方向性
讨论交流
1.把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？
2.如图是儿童玩滑梯的照片,儿童从滑梯的顶端滑到底端的过程中机械能转化为内能,儿童能从周围环境中吸收热量,自动地再从底端返回滑梯顶端吗
热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体；“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
Q
会自动发生
低温物体
高温物体
有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高？
热量不能自发地从低温物体传给高温物体
Q
不会自动发生
低温物体
高温物体
1.能量转移或转化的方向性
自发变化的共同特征—不可逆性，任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。
电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？
这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。
讨论交流：
① 热量能自发地从高温物体传给低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
② 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成。
③热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
结论：
热学过程的方向性（实例）
1、热传导的方向性
2、扩散现象有方向性
3、能量转化有方向性
功 热：可自动进行(如摩擦生热、焦耳实验)
热 功：不可自动进行
(焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高)
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即一切与热现象有关的宏观过程都有方向性。
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。
2.能量的转化具有方向性:如机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不能自发地且不能完全转化为机械能。
能量转移或转化的方向性
2.能量耗散
在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。
电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能。
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
耗散的能量损失了吗？
那为什么还要节约能源呢？
讨论交流：
3、节约能源
能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量守恒,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。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源的根本原因。
三、能源分类与应用
1．能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。
2、能源的分类
可再生能源：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。
不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
3.常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源。常规能源的储藏是有限的。
一次能源是自然界直接提供的能源.如：风能、水能、核能、太阳能、化石能源等
二次能源是由自然界提供的能源转化而来的能源如：电能、沼气等
4.我国的能源开发成就
（1）太阳能发电：截至2022年9月底，我国光伏发电装机3.58亿千瓦。
（2）水力发电：至2018年底，我国水电总装机容量约3.5亿千瓦、年发电量约1.2万亿千瓦时，双双继续稳居世界第一。
（3）风能发电：截至2020年上半年，我国风电占总发电量的比重达6.3%，但与欧洲仍有较大的差距，这意味着我国风电产业成长空间巨大。
（4）核能发电：到2020年，中国核电机组数量将达到90余台，从装机容量上讲，将超过法国，成为世界第二的核电大国，仅次于美国。
新疆达坂城风车田
大亚湾核电站
核能发电:一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。同样质量的化学燃料与核燃料相比，如果都进行了完全反应，核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释放出的能量。可控制的裂变反应所释放出的能量，可以很好地被人们所利用。核电站就是利用可控核裂变来发电的。我国具有完全自主知识产权的
三代百万千瓦级核电技术电
站——华龙一号，其安全指
标和技术性能已达到国际最
先进的三代水平。我国的核
能发电技术已居于世界领先
地位。
不可控核裂变
原子弹爆炸
不可控核聚变
氢弹的爆炸
太阳能是人类能源的宝库
人类离不开的化石能源、风能、水能都来源于太阳能.
太阳能的优点
1、太阳能十分巨大
2、太阳能供应时间长久
3、太阳能分布广阔，获取方便
4、使用太阳能安全、不污染环境
广泛利用太阳能的困难
1．太阳能虽然十分巨大，但它太分散
2.太阳能不稳定，不能正常使用
3．目前太阳能转换器的效率不高
光热转换的效率为50～60%，而光电转换的效率只有10%左右。所以还要下大力气研制高转换效率的材料。
四、能源与社会发展
能源是人类社会活动的物质基础
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。到了20世纪50年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。
1、能源利用的三个时期是柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
2、煤炭和石油资源是有限的。以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续利用。
3、煤炭和石油的燃烧对环境的危害:
常规能源的大量消耗带来了环境问题
（1）温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大形成的。石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。
（2）酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨。煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。
（3）光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾，主要成分是臭氧。
4、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。
练习1．下列说法正确的是（　　）
A．水能和风能属于可再生能源
B．化石能源属于可再生能源
C．能量耗散是指一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
D．在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，在可利用的品质上也不变
解析：A．水能和风能可以在自然界里源源不断地得到补充的能源，可知水能和风能属于可再生能源，A正确；B．化石能源不可能在短时间从自然界得到补充的能源，可知化石能源属于不可再生能源，B错误；C．能量耗散是指在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，C错误；D．根据上述可知，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，D错误。
A
2、以下关于能量和能源的认识，正确的是（　　）
A．热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
B．因为能量不会消失，所以我们没必要节约能源
C．根据能量守恒定律，能量是取之不尽、用之不竭的
D．我国煤炭和石油的资源丰富，不需要大力开发新能源
解析：A．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，也即不能自发的发生，故A正确；B．能量是守恒的，但是我们能直接利用的能源却是有限的，节约能源还是非常有必要的，故B错误；C．尽管能量守恒，但使用过程中会有能量的耗散，可以利用的能源原来越少，故C错误；D．我国煤炭和石油资源虽然很丰富，但我国能源消耗量也是很大的，所以大力开发新能源迫在眉睫，故D错误。故选A。
A
3、关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的是（　　）
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
B
4、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
C
5、CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加能使地表温度因受太阳的辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样，因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。为了减缓大气中CO2浓度的增加，以下措施中可行且有效的是（　 　）
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
BD
解析：可行且行之有效的措施是开发新能源以便减少对常规能源的利用，减少CO2的排放或植树造林也可以吸收空气中的CO2，故BD正确；AC．禁止使用煤、石油和天然气或将汽车燃料由汽油改为液化石油气虽然有效，但是并不可行，故AC错误。故选BD。