2024-2025學(xué)年新教材高中物理第12章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)案新人教版必修第三冊

PAGE7-4.能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道能量的多種形式；能區(qū)分可再生能源與不行再生能源；理解能量守恒定律。2.[科學(xué)思維]通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的準(zhǔn)確含義。3.[科學(xué)探究]通過大量實(shí)例，總結(jié)能量在轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移過程中總量不變，并探究能量轉(zhuǎn)化具有方向性。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]能主動(dòng)關(guān)切能源與可持續(xù)發(fā)展問題；能相識(shí)能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響。閱讀本節(jié)教材，回答第93頁“問題”并梳理必要學(xué)問點(diǎn)。教材P93“問題”提示：能源在利用過程中品質(zhì)降低了。一、能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不行逆的。2．能量耗散：在能量轉(zhuǎn)化過程中流散到四周環(huán)境中的內(nèi)能很難再收集起來重新利用的現(xiàn)象。3．節(jié)約能源的根本緣由：在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未削減，但在可利用的品質(zhì)上降低了，即從便于利用的能源變?yōu)椴槐阌诶玫哪茉础?．自然界中的宏觀過程具有方向性。三、能源的分類與應(yīng)用1．能源的分類(1)不行再生能源：像煤炭、石油和自然氣這類無法在短時(shí)間內(nèi)再生的能源，煤炭、石油和自然氣也叫化石能源。(2)可再生能源：像水能、風(fēng)能、潮汐能這類在自然界可以再生的能源。2．我國能源的開發(fā)(1)太陽能發(fā)電；(2)水力發(fā)電；(3)風(fēng)能發(fā)電；(4)核能發(fā)電。四、能源與社會(huì)發(fā)展1．人類利用能源的三個(gè)時(shí)期：柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。2．利用不行再生能源帶來的危害(1)變更大氣的成分，加劇氣候的變更，如溫室效應(yīng)。(2)形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化土壤。(3)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生浮塵。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)當(dāng)一個(gè)物體的能量削減時(shí)，肯定有其他物體的能量的增多。 (√)(2)煤炭、石油和自然氣都屬于化石能源。 (√)(3)在能源利用過程中能量是守恒的，故不必節(jié)約能源。 (×)(4)冒起的煤煙和散開的炭灰可以收集起來重新合成一堆煤炭。 (×)2．下列供熱方式最有利于環(huán)境愛護(hù)的是()A．用煤做燃料供熱B．用石油做燃料供熱C．用自然氣或煤氣做燃料供熱D．用太陽能灶供熱D[煤、石油、自然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內(nèi)能，但由于這些燃料中含有雜質(zhì)以及燃燒得不充分，使得廢氣中含有的粉塵、一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)污染了大氣。而太陽能是一種無污染的能源，應(yīng)大力推廣，故D正確。]3．關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是()A．化石能源是清潔能源，水能是可再生能源B．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)建C．在能源的利用過程中，由于能量在數(shù)量上并未削減，所以不須要節(jié)約能源D．能量耗散現(xiàn)象說明：在能量轉(zhuǎn)化的過程中，雖然能的總量并不削減，但能量品質(zhì)降低了D[化石能源燃燒時(shí)放出SO2、CO2等氣體，形成酸雨和溫室效應(yīng)，破壞生態(tài)環(huán)境，不是清潔能源，A錯(cuò)誤；能量是守恒的，既不能被創(chuàng)建也不行能消逝，但能量品質(zhì)會(huì)下降，故要節(jié)約能源，B、C錯(cuò)誤，D正確。]能量守恒定律的理解和應(yīng)用(教材用書獨(dú)具)教材P43“思索與探討”答案提示：不行能。(1)如圖是小型汽油機(jī)模型，汽油機(jī)在工作過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？(2)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？提示：(1)汽油燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽油釋放出來的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能。(2)不能，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)工作時(shí)總有內(nèi)能損失，不行能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，車輪溫度上升，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2．能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能削減，肯定有其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等。(2)某個(gè)物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等。3．應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟(1)首先分析探討對象的受力狀況、做功狀況、能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的詳細(xì)形式。(2)分別列出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。(3)依據(jù)ΔE減＝ΔE增列式求解?！纠?】如圖所示，一個(gè)粗細(xì)勻稱的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內(nèi)液體的總長度為4h，先拿去蓋板，液體起先運(yùn)動(dòng)。由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動(dòng)，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為()A．eq\f(1,16)mgh B．eq\f(1,8)mghC．eq\f(1,4)mgh D．eq\f(1,2)mghA[去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流淌，最終兩側(cè)液面相平，液體的重力勢能削減，削減的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)eq\f(1,2)h的液柱移到左側(cè)管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱削減的重力勢能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確。]利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點(diǎn)留意(1)能量既可通過做功的方式實(shí)現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(2)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。利用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變更，分析時(shí)避開出現(xiàn)遺漏。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．能量守恒定律的建立是人類相識(shí)自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最牢靠的自然規(guī)律之一。下列說法正確的是()A．因?yàn)槟芰渴睾?，所以不須要?jié)約能源B．因?yàn)槟芰坎粫?huì)消逝，所以不行能有能源危機(jī)C．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化D．能量可以被殲滅，也可以被創(chuàng)生C[自然界的總能量是守恒的，能量既不能被殲滅，又不能被創(chuàng)生，但隨著能量耗散，能量可以利用的品質(zhì)會(huì)降低，可利用的能源會(huì)削減，所以會(huì)有能源危機(jī)，我們要節(jié)約能源，C正確。]能源和可持續(xù)發(fā)展1.如何正確理解能量耗散和品質(zhì)降低(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到四周的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。(2)從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量削減，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，事實(shí)上是將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式。(3)能量耗散導(dǎo)致可利用能源削減，所以要節(jié)約能源。2．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)崮堋⒑四?、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、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)模正常運(yùn)用煤、石油、自然氣、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)崮堋⒑Ｑ竽?、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)運(yùn)用水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿恍性偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、自然氣、核燃料按對環(huán)境污染狀況分清潔能源對環(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(huì)嚴(yán)峻污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、自然氣)【例2】(多選)下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是()A．能量耗散使能的總量削減，違反了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，在肯定條件下可以全額發(fā)生D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低BCD[能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被四周環(huán)境汲取，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；耗散的內(nèi)能無法再被利用，選項(xiàng)B正確；其他形式的能在肯定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。]能量耗散不僅遵循能量守恒定律，而且從能量的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)下列關(guān)于能源的說法正確的是()A．能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特殊是常規(guī)能源，如煤、石油、自然氣等C．大量消耗常規(guī)能源會(huì)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BC[盡管能量守恒，但耗散的能量無法重新收集利用，所以能源是有限的，特殊是常規(guī)能源，A錯(cuò)，B對；常規(guī)能源的利用比新能源核能的利用對環(huán)境影響大，C對，D錯(cuò)。]1．下列說法正確的是()A．能就是功，功就是能B．外力對物體做功越多，這個(gè)物體的能量就越大C．外力對物體不做功，這個(gè)物體就沒有能量D．能量轉(zhuǎn)化的多少可以用做功的多少來量度D[功和能是兩個(gè)不同的概念，外力對物體做功的多少只是說明白能量轉(zhuǎn)化的多少，而不能說明物體能量的多少，外力對物體不做功不能說明物體沒有能量，A、B、C錯(cuò)誤；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，D正確。]2．(多選)下列關(guān)于能源的說法正確的是()A．石油、自然氣都屬于新能源B．能量耗散不遵循能量守恒定律C．能量耗散會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低D．為了可持續(xù)發(fā)展，必需節(jié)約能源CD[石油、自然氣屬于常規(guī)能源，A錯(cuò)誤；能量耗散同樣遵循能量守恒定律，但能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)降低，B錯(cuò)誤，C正確；因可用能源正在削減，故為了可持續(xù)發(fā)展，必需節(jié)約能源，D正確。]3．(多選)關(guān)于能量耗散，下列說法正確的是()A．能量耗散是指在肯定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量削減了B．能量耗散表明能量守恒定律具有肯定的局限性C．能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未削減，但是在可利用的品質(zhì)上降低了D．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性CD[能量耗散是不行避開的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故C、D正確。]4．水平地面上平放著一根長為L、質(zhì)量為M的勻質(zhì)棒，把它的一端勻速抬高H(H?L)，假設(shè)用手干脆作用于棒端抬高時(shí)手做功W1，用一根彈簧鉤住棒端抬至同樣高度時(shí)手做功W2，則()A．W1＝W2B．W1＞W(wǎng)2C．W1＜W2D．不確定W1與W2之間的關(guān)系C[手干脆作用于棒的一端時(shí)手做功W1＝ΔEpG，用彈簧鉤住上升相同高度時(shí)手做功W2＝ΔEpG＋ΔEp彈，明顯W1＜W2，C正確。]5．情境：氫氣是一種清潔能源，它燃燒后只生成水，對環(huán)境無污染，某同學(xué)設(shè)想了一個(gè)利用氫能的方案，如圖是它的示意圖，請你推斷這一方案的可行性，并說明理由。推斷：________(選填“可行”或“不行行”)理由：_____________________________