《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 4.能源与可持续发展（课件）高中物理人教版必修三

(共42张PPT)
4.能源与可持续发展
课标定位
1.了解自然界中存在多种形式的能量。知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的。
2.知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一,人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。
素养阐释
1.知道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。
2.知道科学、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。
3.感受节约能源、保护环境的紧迫性,认识节约能源、保护环境是每一个公民应具有的意识和素养。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、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,这个规律叫能量守恒定律。
2.意义:能量守恒定律说明各种形式的能可以相互转化。
二、能量转移或转化的方向性
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。电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化成内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用。
2.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
3.能量耗散虽然不会导致能量总量的减少,却会导致能量品质的降低,它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
三、能源的分类与应用
1.不可再生能源:无法在短时间内再生的能源,如煤炭、石油和天然气等。
2.可再生能源:在自然界可以再生的能源,如水能、风能、潮汐能等。
3.近年来,我国在能源开发方面取得了哪些成就
提示:近年来,我国开发和利用的能源有太阳能、水力、风能、核能等。
四、能源与社会发展
人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)能源是取之不尽、用之不竭的。(　　)
(2)在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少。(　　)
(3)地球上总能量不变,所以我们不需要节约能源。(　　)
(4)大量消耗常规能源会使环境恶化,所以提倡开发利用新能源。(　　)
×
√
×
√
2.各种形式的能都可以相互转化,如图所示,手摇发电机使电铃发声;阳光照在物体上,物体温度升高。这两种现象,能量是如何转化的呢
提示:手摇发电机使电铃发声,机械能转化为电能,电能又转化为机械能;阳光照在物体上,太阳能转化为物体的内能。
3.有一种“自发电电动车”基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车。你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗
提示:仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
能量守恒定律的理解与应用
问题引领
根据如图所示的情景,判断图中A、B两台机器,哪台是发电机,哪台是电动机 并描述这一情景中所涉及的能量转化。
提示:瀑布的水流下来将水的重力势能转化为动能,水流推动水轮机带动B转动发电,是将机械能转化为电能,发电机产生电流流经A时,又将电能转化为机械能。所以B是发电机,A是电动机。
归纳提升
1.能量守恒定律的理解
自然界中不同形式的能量可以相互转化,一种形式的能量减少,一定伴随着其他形式的能量增加,能量的总量保持不变。
2.能量守恒定律的适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律,是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。
3.能量守恒定律的表达式
(1)E初=E末,初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。
(2)ΔE增=ΔE减,某些能量的增加量等于其他能量的减少量。
4.应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程;
(2)明确该过程中,哪些形式的能量在变化;
(3)确定参与转化的能量中,哪些能量增加,哪些能量减少;
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。
典型例题
【例题1】 如图所示,水平传送带由电动机带动,并始终保持以速度v匀速运动,现将质量为m的某物块由静止释放在传送带上的左端,过一会儿物块能保持与传送带相对静止,设物块与传送带间的动摩擦因数为μ,则这一过程中:
(1)系统产生的热量为多少
(2)电动机多做的功为多少
利用能量守恒定律解题的两点注意
1.能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化,也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。
2.能量在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化,分析时避免出现遗漏。
【变式训练1】 下列关于能量守恒定律的认识错误的是
(　　)
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
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械——永动机不可能制成
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明能量消失了
答案:D
解析:A选项是指不同形式的能量间在转化,转化过程中能量是守恒的;B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的;这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移,故A、B都正确。任何永动机都是不可能制成的,所以C正确。D选项中石子由于受空气阻力作用,机械能要转化成内能,当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,能量守恒定律表明能量既不会创生,也不会消失,故D错误。
能源及其开发和利用
问题引领
既然能量是守恒的,为什么当今社会会出现能源危机 解决能源危机的途径是什么
提示:能源利用的过程中,能量在总的数量上并没有减少,但在可以利用的品质上降低了,所以会出现能源危机。解决能源危机的途径一是节约能源,二是开发新能源。
归纳提升
1.能源的分类
2.能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,我们很难把这些内能收集起来重新利用。
(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量,由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量的品质降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。
3.能源的转化途径
典型例题
【例题2】 下列关于能源开发和利用的说法正确的是(　　)
A.能源的利用过程是内能转化成机械能的过程
B.要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源
C.能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程
D.无论是节约能源还是开发能源,都只需要科学家研发出新的科技
答案:C
解析:能源的利用过程实际上是一种形式的能向其他形式的能转化的过程,并不一定是单一的向机械能转化的过程,C正确,A错误。核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等属于新能源,而不是常规能源,B错误。节约能源也好,开发能源也好,需要每个人都参与进去,D错误。
能源的开发和利用要以人为本,要以可持续发展为前提。
【变式训练2】 (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.能量耗散是指散失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降低
答案:BCD
解析:能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故A错误,D正确;耗散的内能无法再被利用,B正确;其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够完全转化,C正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(能量耗散的认识)下列哪些现象属于能量的耗散(　　)
A.利用水流能发电产生电能
B.电能在灯泡中变成光能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
答案:D
解析:能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后,不能再被收集起来重新利用。
2.(能量守恒定律的应用)人们有在房前种树的习惯,夏天大树长出茂密的叶子,为人们挡住炎炎烈日,冬天叶子又会全部掉光,使温暖的阳光照入屋内,可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天,我们在经过有树的地方时,也会感到很明显的凉意。关于树木周围比较凉爽的现象,下列说法正确的是(　　)
A.树木把大部分太阳光反射出去,使地面温度降低
B.树木吸收阳光,使自己温度升高,周围温度降低
C.树木吸收阳光,将阳光的能量转化为化学能,使环境温度变低
D.白天大树将热量存起来,晚上再将热量放出来,所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热
答案:C
解析:植物发生光合作用,将太阳能转化成化学能,根据能量守恒定律,阳光的能量被转化成化学能,所以树木下会比较凉爽,故C正确。
3.(能源的开发)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
答案:A
解析:可再生能源足够清洁、无污染,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,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。