第十二章 第4节能源与可持续发展--人教版高中物理必修第三册教学课件(共32张PPT)

(共32张PPT)
能源与可持续发展
第十二章 电能 能量守恒定律
物理
新知导入
为什么要进行垃圾分类？分类后的垃圾都去哪了？
新知讲解
一、能量守恒定律
机械能转化为电能
电能转化为机械能
太阳能转化为电能
电能转化为内能
新知讲解
一、能量守恒定律
由前面学习的机械能、电能知识可知，不同形式的能量可以转化，不同载体的能量可以转移。做机械运动的物体，仅动能和势能相互转化，机械能总量是否会发生变化？电路中，电源将其他形式的能转化为电能，负载又将电能转化为其他形式的能，闭合电路的能量可有凭空产生或消失？
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另外一个物体，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。
新知讲解
达芬奇的永动机
马尔基斯的永动机
历史上曾有很多科学家致力于设计一种不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的“永动机”，最终都以失败告终，他们失败的原因又如何？ 违反能量守恒定律
新知讲解
既然能量不会凭空消失，只是变化了形式或载体，我们为何还需要节约能源呢？
二、能量转化和转移的方向性
冰块放入水中会自发的缓慢融化，墨水滴入水中会逐渐扩散，这些现象能否逆转发生？
不会
新知讲解
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？——鸡蛋自然熟？
你还能举出类似的“不可逆”的实例吗？
新知讲解
二、能量转化和转移的方向性
由能量守恒定律可知，能量不能凭空消失，可为什么会有“能源危机”这个说法？节能减排的意义何在？
结合上述“不可逆”现象，小组讨论交流
2、能量转化的方向性
例如：化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会自发地重新转化为化学能。
热量只能从高温物体传向低温的物体，而不能自发的逆向传递。
1、能量转移的方向性
新知讲解
火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。
我们从石油中提炼出汽油，内燃机把能源中储备的化学能转化为汽车的机械能、内能。
实际上在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。
能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了。因此，能源的利用是有条件的，开发利用能源的同时也要付出代价。这就是能源危机的深层次的含义，也是节能减排的意义。
新知讲解
不便于利用的能量
便于利用的能量
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
新知讲解
三、能源的分类与应用
1、不可再生能源
煤炭 石油 天然气
特点：无法在短期内再生
新知讲解
三、能源的分类与应用
新知讲解
2、可再生能源
风能 水能 太阳能 潮汐能 地热能
特点：能够在短期内重新形成或循环利用
三、能源的分类与应用
典例探究
【例题1】 太阳表面温度高达6000℃，内部不断进行核聚变反应，并且以辐射方式向宇宙空间发射出巨大的能量。据估计，每三天太阳向地球辐射的能量，就相当于地球所有矿物燃料能量的总和。太阳能通过四个渠道被利用（转化和储存），这四个渠道是：①被植物、微生物吸收；②使大气和水升腾循环；③被海洋吸收；④被直接利用。你认为以下能源不是由太阳能转化的是（ ）
A．煤 B．石油 C．天然气 D．核能
D
【变式训练1】(多选） 下列属于可再生的一次能源是（ ）
A．石油 B．煤炭 C．潮汐能 D．太阳能
CD
3、我国的能源开发成就
（1）太阳能发电：中国是全球最大的太阳能光伏产能国，拥有世界上最大的光伏发电站。截至2020年底，中国的光伏发电装机容量已达到2.4亿千瓦，占全球总量的近三分之一。
新知讲解
三、能源的分类与应用
（2）水力发电：水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式。水电对环境的影响比火电小，发电成本低。中国是全球水电装机容量最大的国家，截止2020年底，中国水电装机容量达到3.7亿千瓦，约占全球总量的28.5%。
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
（3）风能发电：中国是全球最大的风能市场和风力发电机组制造国。截至2020年底，中国的风能装机容量已超过2.8亿千瓦，占全球总量的三分之一以上。
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
（4）核能发电：中国是全球核能发电能力第二大的国家，拥有多个正在运行和建设中的核电站。截至2020年底，中国的核能装机容量已超过9000万千瓦。
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
（5）电动汽车：中国是全球最大的电动汽车市场和制造商。截至2020年底，中国的电动汽车保有量已超过500万辆，占全球总量的40%以上。
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
（6）生物质能：中国是全球最大的生物质能生产国和使用国。截至2020年底，中国的生物质能装机容量已超过2500万千瓦。
3、我国的能源开发成就
新知讲解
三、能源的分类与应用
（7）氢能：中国在氢能领域取得了一定的突破，包括燃料电池汽车、氢能储能、氢能发电等方面。
新知讲解
能源开发利用与人类发展之间有怎样的相互制约关系？
小组讨论交流
纵观人类历史，每次巨大进步，都伴随着能源利用方式的变革。
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
新知讲解
四、能源与社会发展
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）含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。
冰山熔化，海平面上升
海水倒灌，土地盐碱化
新知讲解
四、能源与社会发展
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。
工厂排放废气
酸雨破坏森林
新知讲解
四、能源与社会发展
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。
汽车排放尾气
汽车尾气对城市的影响
能源既不能过度开发，也不能粗放利用，要追求“发展与资源、环境的平衡”，建立起“可持续发展”的理念。这不仅是科学家和国家领袖的责任，也是每个人的义务。
新知讲解
四、能源与社会发展
【例题2】 抽水蓄能电站是利用用电低谷期的多余清洁能源进行抽水，在用电高峰期的时候代替部分火力发电。浙江是抽水蓄能电站已建和在建较多的省份，其中丽水缙云的抽水蓄能电站预计2026年全部投产发电，该电站设计年抽水电量24亿千瓦时，设计年发电量为18亿千瓦时，大大减少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放，具有显著的环境效益和经济效益，被称为“超级绿色蓄电池”。根据发改委提供的数据为火电厂平均每千瓦时供电耗煤约为320g标准煤，而每吨标准煤产生的二氧化碳为2620kg，则该蓄电站建成后每年可减少二氧化碳的排放量约为（　　）
A．15万吨 B．150万吨 C．20万吨 D．200万吨
典例探究
解：年发电量为18亿千瓦时需耗煤m=18×108×0.32=5.76×108=5.76×105吨，则每年可减少二氧化碳的排放量为M=5.76×105×2620≈1.5×109千克=150万吨。故B正确。
B
【变式训练2】 太阳与地球的距离为1.5×1011 m，太阳光以平行光束入射到地面。地球表面 的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量约为1.87×1024J。设水面对太阳的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去。太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面。
（1）估算整个地球表面的年平均降雨量（以mm表示，球面积为4πR2，R取6371km）。
（2）太阳辐射到地球的能量中只有50%到达地面，所以一年中太阳辐射到地球表面水面部分的总能量不能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由。
答案 （1）1.0×103mm （2）大气层吸收；大气层散射、反射；云层遮挡
1.在合理节约能源的同时，还要大力开发新能源，下列能源中不属于新能源的是（　　）
A．天然气 B．核能 C．太阳能 D．地热能
评价反馈
2.(多选)关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是（　　）
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，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，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
A
AC
评价反馈
3.某海湾面积为1.0×107m2，涨潮时水深20m，退潮时水深降至18m。现利用此海湾筑水坝建潮汐水力发电站，利用涨潮（如图所示）和落潮过程中进出海湾的潮水推动水轮发电机组发电。若重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，取海水密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，求该发电站一天能发出多少电能。
答案 8×1010J
课堂小结
1、能量守恒定律
2、能量转移或转化的方向性
3、能源的分类与应用
能量耗散和能量品质
能量耗散指能量的品质降低，能量永远守恒
不可再生能源：煤炭、石油、天然气等
可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源
谢谢大家