4.8 能源的开发与利用 学案（粤教版必修2）
文档属性
| 名称 | 4.8 能源的开发与利用 学案（粤教版必修2） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 78.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 广东版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-08-18 22:12:00 | ||
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文档简介
本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
§4.8 能源的开发与利用
【学习目标】
一、知识与技能：
1、了解能源与人类生存和社会发展的关系．
2、知道什么是能源及其分类．
3、知道可持续发展的重大意义．
二、过程与方法：
1、提高信息收集和处理的能力，通过历史上的典型事件说明能源对人类生存的意义．
2、由学生对周围环境的切身体验，说出能源的利用和开发对环境所造成的危害．思考怎样合理利用和开发能源，怎样解决日益增加的能源危机．尝试应用物理知识解决实际问题的能力．
三、情感态度与价值观：
1、由亲身经历，体会能源对人类的重要性．
2、树立“可持续发展”的意识，培养利用和开发能源的正确态度．在力所能及的范围内，为社会的可持续发展做出贡献．
【学习重点】
能源的分类，未来能源的开发与利用，环境保护
【知识要点】
一、能源及其分类
按照基本形态分类，能源通常可分为一次能源和二次能源。所谓一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源，如煤炭、石油、天然气、水力、风力、太阳能等。二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品，如蒸汽、电力、煤气、石油制品等。
一次能源和二次能源的概念实际上反映了人类对能源的两种利用方式。从一次能源到二次能源是人类能源利用方式的飞跃。一次能源经过加工后，实现了不同能源间的转换，大大提高了能源的利用率和使用范围。
按来源分类，可将能源分为再生能源和非再生能源。水力、风力、太阳能等属于再生能源，煤炭、石油、天然气等则属于非再生能源。
按目前应用广泛程度，可分为常规能源和新能源。目前普遍使用的煤、石油、天然气属于常规能源，而太阳能、核能等则属于新能源。
能源的开发利用本质上就是改变能源的形态，把不方便人们利用的能源形式改变为方便使用、清洁、高效的能源形式。
二、能源危机与环境污染
地球上已探明可供开采使用的常规能源极其有限，按现在的消耗速度，石油只能供开采约40年，煤炭也只能供开采约200年。
石油和煤炭的使用导致了巨大的环境污染。
我国面临的环境和能源问题十分严峻。
三、未来能源
核能、太阳能、地热能、生物物质能、海洋能、氢气等等。
节约能源和开发利用新能源是解决当前能源危机的主要途径。
【典型例题】
例1 水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮带动发电机发电。用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用，液化器中的冷却水回流到冷却塔中降温，如图4-35所示，求：
（1）夏天，来自冷却塔的水温为16℃，而回到冷却塔的水温为30℃，若冷却塔和液化器间水的流量为 15m3/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率。
（2）如果发电机的发电功率为56万kw，发电机把机械能转化为电能的效率为80%。不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的磨擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率.
精析：本题解决问题的关键是抓住能量转化关系：（1）水蒸气的能量主要转化为涡轮机的机械能和冷却水的内能。（2）机械能的80%转化为电能。求出冷却水每秒吸收的热量，即可求出系统的散热功率，再求出机械功率，就能求出总功率，然后求出电功率与总功率比即为水蒸气的能量转化为电能的效率。 [21世纪教育网
解（1）1s内冷却水吸热
（2）P电=80%P机
【达标训练】
1．关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法中正确的是
A．只有重力作用时，机械能守恒
B．当有其他力作用时，只要合外力为零，机械能守恒
C．当有其他力作用时，只要合外力的功为零，机械能守恒
D．炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
2．一个人站在阳台上，以相同的速率v分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的速率
A．上抛球最大 B．下抛球最大 C．平抛球最大 D．三球一样大
3．如图1所示，小球自a点由静止自由下落，到b点时与弹簧接触，到c点时弹簧被压缩到最短，若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由a→b→c的运动过程中 21世纪教育网
A．小球和弹簧总机械能守恒
B．小球的重力势能随时间均匀减少
C．小球在b点时动能最大
D．到c点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
4．一物体质量为2kg，以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行，从某时刻起作用一向右的水平力，经过一段时间后，滑块的速度方向变为水平向右，大小为4m/s，在这段时间内水平做功为
A．0 B．8J C．16J D．32J
5．如图2所示，木块静止在光滑水平桌面上，一子弹平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为L，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中
A．木块的机械能增量f L21世纪教育网
B．子弹的机械能减少量为f（L+d）
C．系统的机械能减少量为f d
D．系统的机械能减少量为f（L+d）
6．一个小孩站在船头，按图3两种情况用同样大小的力拉绳，经过相同的时间（船未碰撞），小孩所做的功、及在时间内小孩拉绳的功率、的关系为
A．>， B．<，
C．=， D．
7．某消防队员从一平台上跳下，下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又降下0.5 m，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力为自身重力的
A．8倍 B．10倍 C．2倍 D．5倍
8．一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置缓慢地移到Q点，如图4所示，则此过程中力F所做的功为
A．mglcosθ B．Flsinθ
C． D．
9．一足球运动员将质量为l kg的足球由静止以10m/s的速度用力踢出，假设运动员踢球瞬间的平均作用力为200N，球在水平方向上运动了30m停止，则人对球所做的功为
A．50J B．500J C．200J D．6000J21世纪教育网
10．一个质量为的物体以的加速度竖直向下运动，则在此物体下降高度的过程中，物体的
A．重力势能减少了 B．动能增加了 C．机械能保持不变 D．机械能增加了
11．如图所示，斜面倾角θ=30°，另一边与地面垂直，高为H，斜面顶点有一定滑轮，物块A和B的质量分别为m1和m2，通过轻而软的细绳连结并跨过定滑轮，开始时两物块都位于与地面的垂直距离为H的位置上，释放两物块后，A沿斜面无摩擦地上滑，B沿斜面的竖直边下落，若物块A恰好能达到斜面的顶点，试求m1和m2的比值.（滑轮质量、半径及摩擦均可忽略）
12．质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s。若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变。求：
①汽车所受阻力的大小。
②3s末汽车的瞬时功率。
③汽车做匀加速运动的时间。
④汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。
[来源:21世纪教育网]
13．某人利用如图9所示的装置，用100N的恒力F作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A点移到B点.已知α1=30°，α2＝37°，h=1.5m.不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦.求绳的拉力对物体所做的功.[来源:21世纪教育网]
[来源:21世纪教育网]
21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1.A 2.D 3.AD 4.A 5.ABC 6.B 7.D 8.D 9.A 10.BD
11.解答 B下落过程中，对系统有：m2g=m1gsinθ+（m1+m2）v2
以后对A上升至顶点过程：m1v2=m1g（- Hsinθ） 所以=
12．解答 ①所求的是运动中的阻力，若不注意“运动中的阻力不变”，则阻力不易求出。以最大速度行驶时，根据P=Fv，可求得F=4000N。而此时牵引力和阻力大小相等。
②由于3s时的速度v=at=6m/s，而牵引力由F—Ff=ma得F=8000N，故此时的功率为[来源:21世纪教育网]
P= Fv =4.8×104W。
③设匀加速运动的时间为t，则t时刻的速度为v=a t=2t，这时汽车的功率为额定功率。由P=Fv，将F=8000N和v=2 t代入得t=5s。
④虽然功率在不断变化，但功率却与速度成正比，故平均功率为额定功率的一半，从而得牵引力的功为W=Pt=40000×5J=2×105J.
说明③中的时间，有的学生用v=at，得t=vm/a=10s，这是错误的。要注意，汽车不是一
直匀加速到最大速度的。
13. 解答绳对物体的拉力虽然大小不变，但方向不断变化，所以，不能直接根据W=Fscosα求绳的拉力对物体做的功.由于不计绳与滑轮的质量及摩擦，所以恒力F做的功和绳的拉力对物体做的功相等.本题可以通过求恒力F所做的功求出绳的拉力对物体所做的功.由于恒力F作用在绳的端点，需先求出绳的端点的位移s，再求恒力F的功.由几何关系知，绳的端点的位移为
=0.5m.
在物体从A移到B的过程中，恒力F做的功为
W=Fs=100×0.5J=50J
所以，绳的拉力对物体做的功为50J.
【反思】21世纪教育网
收获
疑问
图4-35
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§4.8 能源的开发与利用
【学习目标】
一、知识与技能：
1、了解能源与人类生存和社会发展的关系．
2、知道什么是能源及其分类．
3、知道可持续发展的重大意义．
二、过程与方法：
1、提高信息收集和处理的能力，通过历史上的典型事件说明能源对人类生存的意义．
2、由学生对周围环境的切身体验，说出能源的利用和开发对环境所造成的危害．思考怎样合理利用和开发能源，怎样解决日益增加的能源危机．尝试应用物理知识解决实际问题的能力．
三、情感态度与价值观：
1、由亲身经历，体会能源对人类的重要性．
2、树立“可持续发展”的意识，培养利用和开发能源的正确态度．在力所能及的范围内，为社会的可持续发展做出贡献．
【学习重点】
能源的分类，未来能源的开发与利用，环境保护
【知识要点】
一、能源及其分类
按照基本形态分类，能源通常可分为一次能源和二次能源。所谓一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源，如煤炭、石油、天然气、水力、风力、太阳能等。二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品，如蒸汽、电力、煤气、石油制品等。
一次能源和二次能源的概念实际上反映了人类对能源的两种利用方式。从一次能源到二次能源是人类能源利用方式的飞跃。一次能源经过加工后，实现了不同能源间的转换，大大提高了能源的利用率和使用范围。
按来源分类，可将能源分为再生能源和非再生能源。水力、风力、太阳能等属于再生能源，煤炭、石油、天然气等则属于非再生能源。
按目前应用广泛程度，可分为常规能源和新能源。目前普遍使用的煤、石油、天然气属于常规能源，而太阳能、核能等则属于新能源。
能源的开发利用本质上就是改变能源的形态，把不方便人们利用的能源形式改变为方便使用、清洁、高效的能源形式。
二、能源危机与环境污染
地球上已探明可供开采使用的常规能源极其有限，按现在的消耗速度，石油只能供开采约40年，煤炭也只能供开采约200年。
石油和煤炭的使用导致了巨大的环境污染。
我国面临的环境和能源问题十分严峻。
三、未来能源
核能、太阳能、地热能、生物物质能、海洋能、氢气等等。
节约能源和开发利用新能源是解决当前能源危机的主要途径。
【典型例题】
例1 水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮带动发电机发电。用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用，液化器中的冷却水回流到冷却塔中降温，如图4-35所示，求：
（1）夏天，来自冷却塔的水温为16℃，而回到冷却塔的水温为30℃，若冷却塔和液化器间水的流量为 15m3/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率。
（2）如果发电机的发电功率为56万kw，发电机把机械能转化为电能的效率为80%。不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的磨擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率.
精析：本题解决问题的关键是抓住能量转化关系：（1）水蒸气的能量主要转化为涡轮机的机械能和冷却水的内能。（2）机械能的80%转化为电能。求出冷却水每秒吸收的热量，即可求出系统的散热功率，再求出机械功率，就能求出总功率，然后求出电功率与总功率比即为水蒸气的能量转化为电能的效率。 [21世纪教育网
解（1）1s内冷却水吸热
（2）P电=80%P机
【达标训练】
1．关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法中正确的是
A．只有重力作用时，机械能守恒
B．当有其他力作用时，只要合外力为零，机械能守恒
C．当有其他力作用时，只要合外力的功为零，机械能守恒
D．炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
2．一个人站在阳台上，以相同的速率v分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的速率
A．上抛球最大 B．下抛球最大 C．平抛球最大 D．三球一样大
3．如图1所示，小球自a点由静止自由下落，到b点时与弹簧接触，到c点时弹簧被压缩到最短，若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由a→b→c的运动过程中 21世纪教育网
A．小球和弹簧总机械能守恒
B．小球的重力势能随时间均匀减少
C．小球在b点时动能最大
D．到c点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
4．一物体质量为2kg，以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行，从某时刻起作用一向右的水平力，经过一段时间后，滑块的速度方向变为水平向右，大小为4m/s，在这段时间内水平做功为
A．0 B．8J C．16J D．32J
5．如图2所示，木块静止在光滑水平桌面上，一子弹平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为L，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中
A．木块的机械能增量f L21世纪教育网
B．子弹的机械能减少量为f（L+d）
C．系统的机械能减少量为f d
D．系统的机械能减少量为f（L+d）
6．一个小孩站在船头，按图3两种情况用同样大小的力拉绳，经过相同的时间（船未碰撞），小孩所做的功、及在时间内小孩拉绳的功率、的关系为
A．>， B．<，
C．=， D．
7．某消防队员从一平台上跳下，下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又降下0.5 m，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力为自身重力的
A．8倍 B．10倍 C．2倍 D．5倍
8．一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置缓慢地移到Q点，如图4所示，则此过程中力F所做的功为
A．mglcosθ B．Flsinθ
C． D．
9．一足球运动员将质量为l kg的足球由静止以10m/s的速度用力踢出，假设运动员踢球瞬间的平均作用力为200N，球在水平方向上运动了30m停止，则人对球所做的功为
A．50J B．500J C．200J D．6000J21世纪教育网
10．一个质量为的物体以的加速度竖直向下运动，则在此物体下降高度的过程中，物体的
A．重力势能减少了 B．动能增加了 C．机械能保持不变 D．机械能增加了
11．如图所示，斜面倾角θ=30°，另一边与地面垂直，高为H，斜面顶点有一定滑轮，物块A和B的质量分别为m1和m2，通过轻而软的细绳连结并跨过定滑轮，开始时两物块都位于与地面的垂直距离为H的位置上，释放两物块后，A沿斜面无摩擦地上滑，B沿斜面的竖直边下落，若物块A恰好能达到斜面的顶点，试求m1和m2的比值.（滑轮质量、半径及摩擦均可忽略）
12．质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s。若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变。求：
①汽车所受阻力的大小。
②3s末汽车的瞬时功率。
③汽车做匀加速运动的时间。
④汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。
[来源:21世纪教育网]
13．某人利用如图9所示的装置，用100N的恒力F作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A点移到B点.已知α1=30°，α2＝37°，h=1.5m.不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦.求绳的拉力对物体所做的功.[来源:21世纪教育网]
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【达标训练参考答案】
1.A 2.D 3.AD 4.A 5.ABC 6.B 7.D 8.D 9.A 10.BD
11.解答 B下落过程中，对系统有：m2g=m1gsinθ+（m1+m2）v2
以后对A上升至顶点过程：m1v2=m1g（- Hsinθ） 所以=
12．解答 ①所求的是运动中的阻力，若不注意“运动中的阻力不变”，则阻力不易求出。以最大速度行驶时，根据P=Fv，可求得F=4000N。而此时牵引力和阻力大小相等。
②由于3s时的速度v=at=6m/s，而牵引力由F—Ff=ma得F=8000N，故此时的功率为[来源:21世纪教育网]
P= Fv =4.8×104W。
③设匀加速运动的时间为t，则t时刻的速度为v=a t=2t，这时汽车的功率为额定功率。由P=Fv，将F=8000N和v=2 t代入得t=5s。
④虽然功率在不断变化，但功率却与速度成正比，故平均功率为额定功率的一半，从而得牵引力的功为W=Pt=40000×5J=2×105J.
说明③中的时间，有的学生用v=at，得t=vm/a=10s，这是错误的。要注意，汽车不是一
直匀加速到最大速度的。
13. 解答绳对物体的拉力虽然大小不变，但方向不断变化，所以，不能直接根据W=Fscosα求绳的拉力对物体做的功.由于不计绳与滑轮的质量及摩擦，所以恒力F做的功和绳的拉力对物体做的功相等.本题可以通过求恒力F所做的功求出绳的拉力对物体所做的功.由于恒力F作用在绳的端点，需先求出绳的端点的位移s，再求恒力F的功.由几何关系知，绳的端点的位移为
=0.5m.
在物体从A移到B的过程中，恒力F做的功为
W=Fs=100×0.5J=50J
所以，绳的拉力对物体做的功为50J.
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