第1节 能量的多种形式
第2节 能量的转化与守恒
第3节 珍惜大自然
【学习素养·明目标】 物理观念：1.了解能量的多种形式，知道能量在转化中总量不变、有方向性.2.了解可再生能源和不可再生能源.3.了解熵的概念及意义．
科学态度与责任：1.能用所学内容说明保护环境、可持续发展的重要性.2.能主动关心能源与可持续发展问题，具有力所能及的节约能源、保护环境的自觉行为．
一、能量的多种形式
1．多种形式的能量
机械能包括动能、重力势能和弹性势能等；内能指分子无规则运动的动能和分子势能的总和；一切物体都具有内能，通常情况下，同一物体温度越高，具有的内能就越大；电能是指电以各种形式做功的能力；化学能是储存在食物或燃料等物质中的能量；核能是由于物质的原子核结构发生变化而释放的能量．
2．可再生能源与不可再生能源
能源可分为一次能源和二次能源．一次能源是指直接取自自然界、未经加工转化的能源，如煤、石油、天然气等；二次能源是指由一次能源加工转化而成的能源产品，如电、煤气、蒸汽及各种石油制品等．一次能源又分为可再生能源和不可再生能源，太阳能、水能、风能、生物质能、海洋能等在自然界可循环再生的能源，称为可再生能源；煤、石油、天然气、油页岩等在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复的能源，称为不可再生能源．为了解决能源问题，人们正积极开发可再生能源和新能源．
二、能量守恒定律
大量的实验和研究都证明，任何形式的能量在转化和转移的过程中都遵守如下规律：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．这就是能量守恒定律
三、自然过程的方向性 熵
1．英国物理学家开尔文及德国物理学家克劳修斯等对有关自然现象和经验事实进行了大量研究，总结出重要的自然规律：自然发生的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程．机械能可自动转化为内能，反过来，内能不可能自动地、不引起任何变化地完全转化为机械能；在热传递的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地、不引起任何变化地从低温物体向高温物体转移．
2．处于不同状态的物体，分子运动的无序程度也不一样，为了描述这种差异，物理学中引入了熵这个物理量．熵越高，就意味着系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)物体的温度越高，机械能一定越大． (×)
(2)煤和石油属于不可再生能源． (√)
(3)能量是守恒的，既不会增加，也不会减少． (√)
(4)熵值越大代表着越有序． (×)
(5)能源是取之不尽、用之不竭的． (×)
2．(多选)能源可划分为一次能源和二次能源．自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源．下列叙述正确的是( )
A．水能是二次能源 B．电能是二次能源
C．天然气是一次能源 D．焦炉气是一次能源
BC [由题意可知水能和天然气是自然界中已经存在的，是一次能源．电能是由其他形式的能转化的，焦炉气是炼油厂产生的副产品，它们是二次能源，故应选B、C.]
3．(多选)下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体
B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热传递是有方向性的
D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
ACD [如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，A、C对，B错；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性的，D对．]
对能量守恒定律的理解
1.适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．
2．对能量守恒定律的理解
某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．
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．
3．能量守恒定律应用的关键步骤
(1)明确研究对象和研究过程．
(2)找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少．
(3)列出增加量和减少量之间的守恒式．
【例1】 如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m.在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4 h，拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )
A.mgh B.mgh
C.mgh D.mgh
[思路点拨] (1)管内液体至最终停止运动时两端液面相平，液体的重力势能减小．
(2)系统减少的机械能转换为系统的内能．
A [去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能．如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确．]
运用能量守恒定律解题的基本思路
1．(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，则( )
A．在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化
B．在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能
C．在水平面上滚动时，总能量正在消失
D．在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒
AD [在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的．]
自然过程的方向性
1.热传导具有方向性
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，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
2．气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．
3．机械能和内能的转化过程具有方向性
物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．
【例2】 (多选)下列说法中正确的是( )
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C．由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
AC [能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A对；有些物理过程不违背能量守恒定律，但是不能实现，B错；在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C对，D错．]
一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现.
2．(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( )
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违背能量守恒定律
D．电冰箱的工作原理违背了能量守恒定律
BC [能量守恒适用于所有的热学过程，选项C正确，D错误；热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，要想使热量从低温物体传递到高温物体必须借助于其他系统做功，选项A错误，B正确．]
对熵的理解
1.熵的微观意义：熵是系统内分子热运动无序性的量度．
2．熵是表示一个体系自由度的物理量．熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多．
3．熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一个不可逆过程，熵总是增加的．
4．熵的本质：熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大．
【例3】 (多选)下列说法正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
CD [分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序．热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C、D.]
(1)一切自发过程都是不可逆的，是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化发展的过程，即无序性增大的过程．
(2)传热过程是大量分子由无序程度小的运动状态转化为无序程度大的运动状态的过程，体现了热传递的方向性．
3．(多选)下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵越大，系统的无序度越大
B．对于一个不可逆的绝热过程，其熵增大
C．气体向真空扩散时，熵值减小
D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多很多
ABD [熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，A正确．不可逆的绝热过程，其宏观态对应的微观态数目增大，其熵会增大，不会减小，B正确．气体向真空中扩散时，无序度增大，熵值增大，C错误．自然过程中，无序度较大的宏观态出现的概率较大，因为通向无序的渠道多，D正确．]
1．(多选)下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )
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，说明机械能消失了
ABC [根据能量守恒定律可知，能量既不会消灭，也不会创生．能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，A、B正确，D错误；永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C正确．]
2．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( )
A．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
C [流星同空气摩擦时只有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，D错误．]
3．(多选)下列哪个过程具有方向性( )
A．热传导过程
B．机械能向内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀
ABCD [这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都具有方向性．]
4．(多选)关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是( )
A．系统的总熵不可能减小
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
AC [在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵总是增大的，它不可能减小，故A正确，B错误；根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误．]
课件48张PPT。第6章 能源与可持续发展第1节 能量的多种形式
第2节 能量的转化与守恒
第3节 珍惜大自然弹性势能动能高做功一次二次石油电可再生能源不可再生能源可再生能源新能源孤立系统凭空产生总量开尔文自然发生不可逆自动不引起任何变化自动高低自动地低高无序程度熵高低××√√×对能量守恒定律的理解自然过程的方向性对熵的理解点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(二十) 能源与可持续发展
(时间：15分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
AD [这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确；四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确，B、C错误．]
2．(多选)下列属于一次能源的是 ( )
A．太阳能 B．焦炭
C．核能 D．汽油
AC [一次能源是自然形成，未经加工的，因此B、D错误，选A、C.]
3．(多选)下列说法中正确的是 ( )
A．水能和风能是“可再生能源”
B．太阳能是一种清洁能源
C．沼气是一种新能源
D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染更大
ABC [水能和风能是“可再生能源”，A正确．太阳能是清洁能源，B正确．沼气是人们开发的新能源，C正确．核能对环境的污染比常规能源较小，D错误．]
4．一质量均匀不可伸长的绳索，固定在A、B两端，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示．今在最低点C施加一竖直向下的力，将绳索缓慢拉至D点，在此过程中，绳索AB的重心位置将( )
A．升高 B．降低
C．先降低后升高 D．始终不变
A [物体的重心不一定在物体上，对于一些不规则的物体要确定重心是比较困难的，本题绳索的重心是不容易标出的．因此，要确定重心的变化，只有通过其他途径确定．当用力将绳索缓慢地从C点拉到D点，外力在不断地做功，而绳索的动能不增加，因此外力做功必定使绳索的重力势能增加，故绳索的重心将升高．]
5．(多选)一根轻弹簧，上端固定，下端拴一个重物P，处于静止状态，如图所示．现有外力把它缓慢向下拉一段距离，则以下说法正确的是( )
A．向下拉的某段过程中，重力势能的减少量可能大于弹性势能的增加量
B．向下拉的任一段过程中，重力势能的减少量一定小于弹性势能的增加量
C．撤去拉力，P在任一段运动过程中，重力势能的增加量一定等于弹性势能的减少量
D．撤去拉力，P在某段运动过程中，重力势能的增加量可能等于弹性势能的减少量
BD [向下拉的某段过程中，弹簧的拉力等于重力和外力的和，重力势能的减少量一定小于弹性势能的增加量，故A错误，B正确；撤去拉力，P在运动过程中，重力和弹簧的弹力做功，弹性势能的减小量等于重力势能的增加量和重物动能的增加量的和，故C错误；重力和弹簧的弹力做功，弹性势能的减小量等于重力势能的增加量和重物动能的增加量的和，只有在最高点或最低点的时候，重力势能的增加量等于弹性势能的减小量，故D正确．]
6．已知一个系统的两个宏观态甲、乙，其对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是( )
A．甲比较有序，乙比较无序，甲→乙
B．甲比较无序，乙比较有序，甲→乙
C．甲比较有序，乙比较无序，乙→甲
D．甲比较无序，乙比较有序，乙→甲
A [一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A对，B、C、D错．]
二、非选择题(14分)
7．如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为h，质量为m的小物块A从坡道顶端由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使A制动，将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上，另一端恰位于坡道的底端O点．已知在OM段，小物块A与水平面间的动摩擦因数为μ，其余各处的摩擦不计，重力加速度为g.求：
(1)小物块滑到O点时的速度；
(2)轻弹簧在最大压缩量d时的弹性势能(设轻弹簧处于原长时弹性势能为零)．
[解析] (1)由机械能守恒定律得
mgh＝mv2，解得v＝.
(2)在水平滑道上小物块A克服摩擦力所做的功为
W＝μmgd
由能量守恒定律得mv2＝Ep＋μmgd
以上各式联立得Ep＝mgh－μmgd.
[答案] (1) (2)mgh－μmgd
