第六章+能源與可持續(xù)發(fā)展+課件高二上學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊

第節(jié)1-3能量的多種形式能量的轉(zhuǎn)化與守恒珍惜大自然高中物理必修第三冊第6章一、能量的多種形式【思考】如圖所示是貴州第一勝景——黃果樹大瀑布,中國第一大瀑布,也是世界上最闊大壯觀的瀑布之一。瀑布中的水具有哪幾種機(jī)械能?提示:瀑布中流動的水同時具有重力勢能和動能。1.機(jī)械能:包括動能、_________、彈性勢能。2.內(nèi)能:一切物體都有內(nèi)能,同一物體溫度越高,具有的內(nèi)能_____。3.電能:指電以各種形式_____的能力。4.光能:光具有的_____。5.化學(xué)能:儲存在_____或燃料等物質(zhì)中的能量。6.核能:物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)_________而釋放的能量。重力勢能越大做功能量食物發(fā)生變化二、可再生能源與不可再生能源【情境思考】如圖所示是我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)圖。請總結(jié)出我國能源結(jié)構(gòu)或能源現(xiàn)狀的規(guī)律,并提出解決這種現(xiàn)狀的合理化建議。提示:我國的能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主;我國的能源消耗中,不可再生能源占據(jù)的比例過大,結(jié)構(gòu)不合理;我國能源消耗中可再生能源的比例過小。建議:節(jié)能降耗;開發(fā)新能源;開發(fā)可再生能源(如太陽能、風(fēng)能等)。1.能源的分類:(1)一次能源:直接取自自然界,_______加工轉(zhuǎn)換的能源。(2)二次能源:由一次能源_____轉(zhuǎn)化而成的能源。2.再生能源:在自然界_______再生的能源。3.不可再生能源:自然界中短期內(nèi)_________的能源。4.光轉(zhuǎn)化為能:光電轉(zhuǎn)換、_________和光化學(xué)能轉(zhuǎn)換。5.發(fā)電方式:風(fēng)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、___________、生物發(fā)電、核能發(fā)電、氫燃燒發(fā)電等。未經(jīng)過加工可循環(huán)無法再生光熱轉(zhuǎn)換海洋能發(fā)電三、能量的轉(zhuǎn)化與能量的守恒【情境思考】如圖所示,下列運(yùn)動中能量是如何轉(zhuǎn)化的?

提示:瀑布中水的重力勢能轉(zhuǎn)化成動能;弓箭的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能;滑滑梯的小朋友的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。1.能量守恒定律:在一個孤立系統(tǒng)里,能量既不能憑空_____,也不能憑空_____,它只能從一種形式_____為其他形式,或者從一個物體_____到其他物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量_________。2.第一類永動機(jī):不需要任何動力或燃料就能不停運(yùn)動的機(jī)器。3.下列敘述正確的是_____①自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒。②永動機(jī)不可能制成。③能量守恒過程,外力做功必為零。產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變①②【易錯辨析】(1)冬天烤火的時候,人們?nèi)紵旱热剂汐@得內(nèi)能。 ()(2)流動的河水、被舉高的重物、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體……都能對外做功,因此都具有能量。 ()(3)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能,它是一次能源。 ()(4)風(fēng)能、水能都是可再生能源。 ()(5)自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒。 ()(6)技術(shù)足夠發(fā)達(dá)后,永動機(jī)就可以制成。 ()√√×√√×四、自然過程的方向性思考：冬天未安裝暖氣的室內(nèi),我們可以用如圖所示的電暖氣進(jìn)行取暖,那么熱量是怎樣傳遞的?能否反向進(jìn)行?

提示:熱量從較高溫度的電暖氣傳向溫度較低的房間,這個過程不可以反向進(jìn)行。1.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性:(1)在大多數(shù)自發(fā)情況下,能量最終都轉(zhuǎn)化為_____,說明能量的轉(zhuǎn)化具有_______。(2)內(nèi)能總是_______從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,而不可能自動地、不引起任何變化地從_____物體向_____物體轉(zhuǎn)移。2.第二類永動機(jī):從單一熱源中吸熱使之_________有用功而不產(chǎn)生其他影響。3.自然過程的方向性:自然界實(shí)際進(jìn)行的與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切宏觀過程都是有_______的不可逆過程。機(jī)械能可以_____轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;反過來,內(nèi)能不可能_______、并不引起_________地完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)能方向性自動地低溫高溫完全變成方向性完全自動地任何變化4.下列說法正確的是_____①內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。②能量不能創(chuàng)造,不能再生,能量只能進(jìn)行轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,但能量間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移沒有方向。③熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%。④第二類永動機(jī)是做不成的。①④1.熵的定義:處于不同狀態(tài)的物體,分子運(yùn)動的____

__也不一樣,為了描述這種差異,物理學(xué)中引入了熵。2.熵的作用:熵越高,就意味著系統(tǒng)越_____;熵越低,就意味著系統(tǒng)越_____。3.能量中熵的含義:熵增加就意味著_____能量的增加,_____能量的減少。無序程度無序有序無效有效五、熵與地球家園【易錯辨析】(1)熱傳遞過程具有方向性。 ()(2)熱量可以自發(fā)地從內(nèi)能大的物體轉(zhuǎn)移到內(nèi)能小的物體。 ()(3)內(nèi)能可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 ()(4)第二類永動機(jī)違背了能量守恒定律。 ()(5)熵值越大代表著越有序。 ()(6)孤立系統(tǒng)的總熵可能增大,也可能減小。 ()√×××××知識點(diǎn)一能源的類型與應(yīng)用1.能源的分類:能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形式或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成,未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)化而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發(fā),或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能提醒:同一種能源按照不同的分類方式屬于不同的類別。按可否再生分可再生能源可循環(huán)再生水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)化獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)2.常規(guī)能源和新能源的轉(zhuǎn)化途徑:【問題探究】能源的開發(fā)和利用存在哪些有利與不利?提示:(1)有利方面:能源的利用給人類的生活帶來了極大的改善,人類社會每一次重大的經(jīng)濟(jì)飛躍和生產(chǎn)革命,都與新的能源和動力機(jī)械的利用密切相關(guān),能源消耗的多少已經(jīng)成為一個國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。(2)不利方面:能源的大量使用會給環(huán)境帶來極大的破壞,如大氣污染、溫室效應(yīng)、酸雨等,對人類造成很大的危害。例1.(多選)下列關(guān)于能源的說法正確的是 (

)A.一切能源是取之不盡,用之不竭的B.能源是有限的,特別是常規(guī)能源,如煤、石油、天然氣等C.大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化,故提倡開發(fā)利用新能源D.核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大【解析】盡管能量守恒,但耗散的內(nèi)能無法重新收集利用,所以能源是有限的,特別是常規(guī)能源,選項(xiàng)A錯誤,B正確;常規(guī)能源的利用比核能的利用對環(huán)境的影響大,選項(xiàng)C正確,D錯誤。BC知識點(diǎn)二能量的轉(zhuǎn)化與守恒1.能量守恒定律的重要意義:(1)能量守恒定律是普遍適用的,對宏觀世界與微觀世界、高速運(yùn)動與低速運(yùn)動等都成立。(2)能量守恒定律反映了自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系,對人類認(rèn)識自然、改造自然起著重要的指導(dǎo)作用。(3)能量守恒定律徹底否定了第一類永動機(jī)的存在,即不需要任何動力和燃料,卻能不斷對外做功的機(jī)械是不可能存在的。2.能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的判斷:

3.表達(dá)式:(1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。(2)ΔE增=ΔE減,能量的增加量等于能量的減少量?！締栴}探索】近幾年流行一種“自發(fā)電電動車”(如圖所示),基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處,車輪轉(zhuǎn)動時,帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動車,你認(rèn)為僅靠這種方式,電動車能持續(xù)運(yùn)動下去嗎?知識點(diǎn)三自然過程的方向性1.關(guān)于方向性的理解:(1)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性:機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不需要特定的裝置,而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能卻很復(fù)雜。

(2)熱傳遞的方向性:內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,而不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。2.對于“自發(fā)”的理解:(1)“自發(fā)”是指不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響,也就是指沒有任何外界的影響或幫助。熱量會從高溫物體傳向低溫物體,這就是“自發(fā)”的方向。(2)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這個過程是“自發(fā)”的方向,但相反的過程不可能自發(fā)地進(jìn)行而不引起任何變化。3.熱機(jī)的效率:任何熱機(jī)都不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳坑脕韺ν庾龉?總要向低溫?zé)嵩捶懦鲆徊糠譄崃?因此熱機(jī)的效率一定小于100%?！締栴}探究】夏天利用空調(diào)可以將熱量從溫度較低的室內(nèi)傳遞到溫度較高的室外,這與自然過程的方向性存在矛盾嗎?

提示:不矛盾,空調(diào)制冷的過程中消耗一定的電能,并不是自發(fā)進(jìn)行的,故不違背自然過程的方向性原理。例2.(多選)關(guān)于自然過程的方向性,下列說法中正確的是 (

)A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化B.沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功,而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中,而不引起其他變化D.不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化【解析】熱力學(xué)第二定律的開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯誤;熱傳遞過程也具有方向性,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體,但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功),故C選項(xiàng)錯誤,D選項(xiàng)正確。AD【誤區(qū)警示】能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)(1)自發(fā)進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都具有方向性。(2)能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化可以逆向進(jìn)行,但不是自發(fā),需要引起其他變化(外界輔助進(jìn)行)。(3)熱機(jī)的效率總要小于100%。知識點(diǎn)四熵的含義1.熵的含義:(1)熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量,系統(tǒng)越混亂,無序程度越大,這個系統(tǒng)的熵就越大。(2)在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小,如果過程可逆,則熵不變;如果過程不可逆,則熵增加。2.對熵增加的理解:熵值越大代表著越無序,所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展。3.熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù),僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)來看,熵是分子熱運(yùn)動無序(混亂)程度的定量量度。4.熵的增加意味著無效能量的增加。【問題探究】交通與工業(yè)廢氣及噪聲對環(huán)境的污染;工業(yè)和生活垃圾、廢水對環(huán)境的污染;交通擁擠和堵塞造成的道路混亂。以上現(xiàn)象中的熵是怎么變化的?提示:熵增加。系統(tǒng)越混亂,無序程度越大,這個系統(tǒng)的熵就越大。例3.(多選)在下列敘述中,正確的是 (

)A.熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度B.對孤立系統(tǒng)而言,一個自發(fā)的過程中熵總是向減少的方向進(jìn)行C.熵值越大,表明系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動越無序D.能量耗散說明能量在不斷減小【解析】熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度,系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動越無序,熵值越大,故A、C正確;對孤立系統(tǒng)而言,一個自發(fā)的過程中熵總是向增加的方向進(jìn)行,故B錯誤;能量耗散是指能量的可利用率越來越低,但能量仍然是守恒的,故D錯誤。AC【規(guī)律方法

】熵的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)(1)熵是表示一個體系自由度的物理量。熵越大,表示在這個體系下的自由度越大,可能達(dá)到的狀態(tài)越多。(2)熵不是守恒的量,在孤立系統(tǒng)中經(jīng)過一個不可逆過程,熵總是增加的。(3)熵改變的過程中,能量必然是守恒的。(4)一個孤立系統(tǒng)的自然可逆過程中,總熵不變。練習(xí)1.(多選)關(guān)于熱傳遞的方向性,下列說法正確的是 (

)A.熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體B