新人教高中物理必修第三册12.4节能源与可持续发展22 张PPT

(共22张PPT)
第
节
4
12.4能源与可持续发展
学习目标
1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量。
2.知道能源的分类及其应用。
3.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题。
4.知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的大问题，增强节约能源和环境保护的意识。
一、能量守恒定律
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。
历史上有很多人挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器—永动机
魔轮永动机
滚珠永动机
磁力永动机
阿基米德螺旋永动机
水塔式永动机
软臂永动机
你认为永动机可能制成吗？
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此永动机不可能制成。
例1、如图所示是某类潮汐发电示意图．涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，当落潮时，开闸放水发电(如图乙)．设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ水取1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)(　　)
A．2.6×104 kW　　　　　 B．5.2×104 kW
C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW
B
思考：既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，只能从一个物体转移到别的物体，或者从一种形式转化为其他形式，为什么我们还要提倡节约能源呢？
二、能量转化或转移的方向性
可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到室外后，是不能被回收并重新利用的。
一座房屋的红外线照片
手握冰块，内能从手转移到冰块
运行中的汽车，发动机温度会升高，要有专门的冷却系统给发动机降温
这些案例都说明：热传递具有方向性
1．能量转化的方向性
能量转化的宏观过程具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．
2、 能量的耗散
燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它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，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．不可能把内能全部转化为机械能而不引起其他的变化。
燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能而散失，不能被我们再利用。
能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解
能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少．但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因．
这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性．
例2、(多选)下列对能量耗散理解正确的是(　 　)
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观自发过程具有方向性
解析:在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界中与热现象有关的宏观自发过程具有方向性，故A、C两项错误，B、D两项正确．
BD
三、能源的分类与应用
１、按其形成和来源分类：
（1）来自太阳辐射的能量，如：太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物能等。
（2）来自地球内部的能量，如：核能、地热能。
（3）天体引力能，如：潮汐能。
２、按开发利用状况分类：
（1）常规能源，是指当前被广泛利用的一次能源。如：煤、石油、天然气、水能、生物能。
（2）新能源，是目前尚未广泛利用而正在积极研究以便推广利用的一次能源。如：核能、地热、海洋能、太阳能、风能。
３、按转换传递过程分类：
（2）二次能源，由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品如：沼气、汽油、柴油、焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。
（1）一次能源，是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源 。如：煤、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能。
４、按属性分类：
（1）可再生能源，指具有自然恢复能力，不会随本身的转化或人类的利用而日益减少的能源。如：太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能。
（2）非可再生能源，则不能自然再生。如：煤、石油、天然气、核能、油页岩 。
新能源
太
阳
能
风
能
新能源
深
圳
大
亚
湾
核
电
站
核
能
新能源
西藏羊八井地热电站
温泉 地热能
新能源
能量
能量守恒定律
多种形式
转化：能量可以从一种形式转化为另一种形式
转化的不可逆性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
分类
可再生能源
不可再生能源
能源与社会发展
本课小结
当堂检测
1．下列对能量守恒定律的认识不正确的是(　　)
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
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器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
解析　A项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B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；C项，任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；D项，石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量．
D
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．能量耗散是指耗散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的降低
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，但使得能量的品质降低，故A项错误，D正确；耗散的内能无法再被利用，B项正确；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全额进行，C项正确．
3．某地强风的风速约为v＝20 m/s，设空气密度为ρ＝1.3 kg/m3，如果能利用该强风进行发电，并将其动能的20%转化为电能，现考虑用横截面积S＝20 m2的风车(风车车叶转动形成圆面面积为S)，求：
(1)利用上述已知量表示电功率的表达式；
(2)电功率大小约为多少？(保留1位有效数字)