（新教材）人教版高中物理必修第三册课件：12.4 能源与可持续发展 .pptx

1、第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律 学学 习习 目目 标标 1.通过分析生活实例通过分析生活实例,知道不同形式的能量之间可以相互转化知道不同形式的能量之间可以相互转化,了解能了解能 量自发转化是具有方向性的量自发转化是具有方向性的,了解能量守恒定律是自然界最普遍、最了解能量守恒定律是自然界最普遍、最 基本的自然规律之一基本的自然规律之一. 2.通过调查、查阅资料等活动通过调查、查阅资料等活动,了解利用水能、风能、太阳能、核能了解利用水能、风能、太阳能、核能 的方式的方式,了解什么是核裂变与核聚变了解什么是核裂变与核聚变,知道在有效、安全的控制下知道在有效、安全的控制下,核核

2、能可以成为解决能源紧缺问题的途径之一能可以成为解决能源紧缺问题的途径之一,体会众多核科学家为人类体会众多核科学家为人类 有效利用核能做出的贡献有效利用核能做出的贡献,了解科学知识在生活和科技中的应用了解科学知识在生活和科技中的应用. 3.通过讨论生产、生活中能量的来源通过讨论生产、生活中能量的来源,知道利用能源是人类生存和社知道利用能源是人类生存和社 会发展的必要条件之一会发展的必要条件之一,知道人类利用的能源分为可再生能源和不可知道人类利用的能源分为可再生能源和不可 再生能源再生能源,形成保护环境、节约资源、促进可持续发展的社会责任感形成保护环境、节约资源、促进可持续发展的社会责任感. 4.

3、通过讨论能源的开发和利用过程中所带来的环境污染问题通过讨论能源的开发和利用过程中所带来的环境污染问题,认识环认识环 境污染的危害境污染的危害,了解科学、技术、社会、环境协调发展的关系了解科学、技术、社会、环境协调发展的关系,具有环具有环 境保护的意识和行动境保护的意识和行动. 4 能源与可持续发展能源与可持续发展 知识点一知识点一 能量转移或转化的方向性能量转移或转化的方向性 答案答案:不正确不正确.因为人骑自行车下坡时因为人骑自行车下坡时,受到地面和空气的阻受到地面和空气的阻 力力,阻力做功产生热量阻力做功产生热量,机械能转化为内能机械能转化为内能,但总能量守恒但总能量守恒. 1.如图所示如

4、图所示,某人骑自行车沿斜面匀速下坡某人骑自行车沿斜面匀速下坡(脚踏板不转动脚踏板不转动), 在下坡过程中在下坡过程中,系统的动能不变系统的动能不变,势能减小势能减小,因而能量不守恒因而能量不守恒, 这种说法正确吗这种说法正确吗?为什么为什么? 2.能量守恒定律能量守恒定律:能量既不会凭空产生能量既不会凭空产生,也不会凭空消失也不会凭空消失,它只它只 能从一种形式能从一种形式 为其他形式为其他形式,或者从一个物体或者从一个物体 到别到别 的物体的物体,在转化或转移的过程中在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变能量的总量保持不变. 3.能量耗散能量耗散:在能量转化的过程中在能量转化的过程中,一部

5、分能量转化为一部分能量转化为 能流能流 散到周围环境中散到周围环境中,我们很难把这些我们很难把这些 能收集起来重新利用能收集起来重新利用,这这 种现象叫作能量的耗散种现象叫作能量的耗散. 转化转化 转移转移 内内 内内 4.能量耗散表明能量耗散表明,在能源的利用过程中在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减能量在数量上虽未减 少少,但在可利用的但在可利用的 上降低了上降低了,从便于利用的能源变成不从便于利用的能源变成不 便于利用的能源便于利用的能源. 5.能量耗散是从能量耗散是从 的角度反映出自然界中的宏观过的角度反映出自然界中的宏观过 程具有方向性程具有方向性.能源的利用受这种方向性的制约能源

6、的利用受这种方向性的制约,所以所以,能源能源 的利用是有条件的的利用是有条件的,也是有代价的也是有代价的. 品质品质 能量转化能量转化 知识点二知识点二 能源的分类与应用能源的分类与应用 1.能源的分类能源的分类. (1)不可再生能源不可再生能源:无法在短时间内再生无法在短时间内再生,如煤炭、如煤炭、 和天和天 然气等化石能源然气等化石能源. (2)可再生能源可再生能源:在自然界可以再生在自然界可以再生,如水能、风能、如水能、风能、 。 等能源等能源. 2.能源的开发和应用能源的开发和应用:近年来近年来,我国在能源开发方面取得了我国在能源开发方面取得了 很大的成就很大的成就,如太阳能发电、如太

7、阳能发电、 发电、风能发电和发电、风能发电和 。 发电等发电等. 石油石油 潮汐能潮汐能 水力水力 核能核能 3.太阳能可以转化成多种其他形式的能量太阳能可以转化成多种其他形式的能量,应用范围应用范围 非常广泛非常广泛.如图所示如图所示,太阳能装置工作时太阳能装置工作时, 能转化能转化 为为 能能. 太阳太阳 电电 知识点三知识点三 能源与社会发展能源与社会发展 1.人类对能源的利用大致经历了三个时期人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、即柴薪时期、 煤炭时期、石油时期煤炭时期、石油时期.20世纪中叶之后世纪中叶之后,人类对能源的利用人类对能源的利用, 正从第三个时期向正从第三个时期

8、向 时期过渡时期过渡. 2.可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡,这这 就需要树立新的能源就需要树立新的能源 ,并转变能源的供需模式并转变能源的供需模式. 多能源结构多能源结构 安全观安全观 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.当一个物体的能量减少时当一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增加一定有其他物体的能量增加. ( ) 2.能量永远不会增加或减少能量永远不会增加或减少,只能转化或转移只能转化或转移.( ) 3.由于能

9、量守恒由于能量守恒,我们不需要节能我们不需要节能.( ) 4.能量耗散表明能量正在逐渐消失能量耗散表明能量正在逐渐消失.( ) 探究探究一一 能量守恒定律的理解和应用能量守恒定律的理解和应用 问题情境问题情境 “神舟十一号”飞船返回舱“神舟十一号”飞船返回舱(如图所示如图所示)进入地球大气层以后进入地球大气层以后, 由于高速下落而与空气发生剧烈摩擦由于高速下落而与空气发生剧烈摩擦,返回舱表面的温度逐返回舱表面的温度逐 渐上升渐上升. 1.进入大气层很长一段时间进入大气层很长一段时间,返回舱加速下落返回舱加速下落,返回舱表面返回舱表面 温度逐渐升高温度逐渐升高.该过程返回舱动能和势能怎么变化该过

10、程返回舱动能和势能怎么变化?机械能机械能 守恒吗守恒吗? 答案答案:动能增加动能增加,势能减小势能减小.由于有摩擦阻力做功由于有摩擦阻力做功,机械能不机械能不 守恒守恒. 2.返回舱表面温度越高返回舱表面温度越高,内能越大内能越大.返回舱加速下落过程中返回舱加速下落过程中 什么能向什么能转化什么能向什么能转化?机械能和内能的总量变化吗机械能和内能的总量变化吗? 答案答案:加速下落过程中势能转化为动能和内能加速下落过程中势能转化为动能和内能.机械能减少机械能减少, 内能增加内能增加,机械能向内能转化机械能向内能转化.机械能和内能的总量不变机械能和内能的总量不变. 过程建构过程建构 1.能量守恒定

11、律的理解能量守恒定律的理解. (1)某种形式的能量减少某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加一定存在其他形式的能量增加,且且 减少量和增加量一定相等减少量和增加量一定相等,表达式为表达式为E增 增=E减减或 或E初 初=E终终. (2)某个物体的能量减少某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加一定存在其他物体的能量增加,且且 减少量和增加量一定相等减少量和增加量一定相等,表达式为表达式为增 增=减减. 2.能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义. 能量守恒定律确认了永动机的不可能性能量守恒定律确认了永动机的不可能性,是贯穿物理学的是贯穿物理学的 基本规律基本规律,是各种自然现象中普

12、遍适用的一条规律是各种自然现象中普遍适用的一条规律. 3.应用能量守恒定律的解题步骤应用能量守恒定律的解题步骤: (1)明确研究对象及研究过程明确研究对象及研究过程. (2)明确该过程中明确该过程中,哪些形式的能量在变化哪些形式的能量在变化. (3)确定参与转化的能量中确定参与转化的能量中,哪些能量增加哪些能量增加,哪些能量减少哪些能量减少. (4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末或初、末 状态能量的守恒式状态能量的守恒式). 【典例【典例1】下列对能量守恒定律的认识错误的是】下列对能量守恒定律的认识错误的是 ( ) A.某种形式的能量减少

13、某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加一定存在其他形式的能量增加 B.某个物体的能量减少某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加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不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动永动 机是不可能制成的机是不可能制成的 D.石子从空中落下石子从空中落下,最后静止在地面上最后静止在地面上,说明能量消失了说明能量消失了 解析解析:根据能量守恒定律可知根据能量守恒定律可知,某种形式的能量减少某种形式的能量减少,其他其他 形式的能量一定增加形式的能量一定增加,故选项故选项A正确正确;某个物体的能量减少某个物体的能量减少, 根据能

14、量守恒定律可知根据能量守恒定律可知,必然有其他物体的能量增加必然有其他物体的能量增加,故故 选项选项B正确正确;不需要任何外界的动力而持续对外做功的机不需要任何外界的动力而持续对外做功的机 器器永动机永动机,违反了能量守恒定律违反了能量守恒定律,不可能制成不可能制成,故选项故选项 C正确正确;石子在运动和碰撞中机械能转化为了自身及周围石子在运动和碰撞中机械能转化为了自身及周围 物体的内能物体的内能,能量并没有消失能量并没有消失,故选项故选项D错误错误. 答案答案:D 【典例【典例2】(多选多选)一颗子弹以某一速度击中静止在光滑一颗子弹以某一速度击中静止在光滑 水平面上的木块水平面上的木块,并从

15、中穿出并从中穿出,忽略空气阻力忽略空气阻力,对于这一过对于这一过 程程,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产 生的热量生的热量 C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加 的内能之和的内能之和 D.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子 弹增加的内能之和弹增加的内能之和 解析解析:子弹射穿木块的过程中子弹射穿木块的过程中,

16、由于摩擦力的作用由于摩擦力的作用,子弹的子弹的 动能减少动能减少,木块的动能增加木块的动能增加,同时产生热量同时产生热量,且系统产生的且系统产生的 热量在数值上等于系统机械能的损失量热量在数值上等于系统机械能的损失量,故选项故选项A错误错误,选选 项项B正确正确;子弹的动能减少量应等于木块动能的增加量与子弹的动能减少量应等于木块动能的增加量与 系统内能增加量之和系统内能增加量之和,故选项故选项C错误错误,选项选项D正确正确. 答案答案:BD 探究探究二二 能源与社会发展能源与社会发展 问题情境问题情境 1.和同学交流讨论能量耗散与能量守恒是否矛盾和同学交流讨论能量耗散与能量守恒是否矛盾. 答案

17、答案:能量耗散和能量守恒并不矛盾能量耗散和能量守恒并不矛盾,能量耗散表明能量耗散表明,在能源在能源 利用的过程中利用的过程中,能量在数量上并没有减少能量在数量上并没有减少,但是在可利用的品但是在可利用的品 质上降低了质上降低了,从便于利用变为不便于利用了从便于利用变为不便于利用了,这是节约能源的这是节约能源的 根本原因根本原因. 答案答案:由图可知由图可知,我国的能源结构以煤炭为主我国的能源结构以煤炭为主;我国的能源我国的能源 消耗中不可再生能源占据的比例过大消耗中不可再生能源占据的比例过大,可再生能源的比可再生能源的比 例过小例过小,结构不合理结构不合理. 2.我国我国2018年能源结构统计

18、图如图年能源结构统计图如图 所示所示,请根据此图数据总结出我国请根据此图数据总结出我国 能源结构现状能源结构现状.试着提出改善这种试着提出改善这种 现状的合理化建议现状的合理化建议. 建议建议:节能降耗节能降耗;开发新能源开发新能源;开发可再生能源开发可再生能源(如太阳能、如太阳能、 风能等风能等). 过程建构过程建构 1.能源的分类能源的分类: 不可再生能源不可再生能源:煤、石油、天然气等煤、石油、天然气等. 可再生能源可再生能源:风能、水能、潮汐能等风能、水能、潮汐能等. 2.能量转化和转移具有方向性能量转化和转移具有方向性. (1)机械能可以自发地全部转化为内能机械能可以自发地全部转化为

19、内能,但内能不能自但内能不能自 发地全部转化为机械能而不引起其他变化发地全部转化为机械能而不引起其他变化. (2)内能总是自动地从高温物体向低温物体转移内能总是自动地从高温物体向低温物体转移,而不而不 能自动地从低温物体向高温物体转移能自动地从低温物体向高温物体转移. 3.能量耗散带来的问题能量耗散带来的问题: 一是可利用的能源越来越少一是可利用的能源越来越少,造成能源危机造成能源危机;二是环境吸二是环境吸 收的耗散的能量越来越多收的耗散的能量越来越多,造成环境温度升高造成环境温度升高. 4.各种能量之间的相互转化各种能量之间的相互转化. 【典例【典例3】“绿色、环保、低碳”是当今世界的环保标

20、】“绿色、环保、低碳”是当今世界的环保标 语语,“低碳”要求我们节约及高效利用能源“低碳”要求我们节约及高效利用能源.关于能源与能量关于能源与能量, 下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.能量被使用后就消失了能量被使用后就消失了,所以要节约能源所以要节约能源 B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用 C.人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D.人类不断地开发和利用新的能源人类不断地开发和利用新的能源,所以能量可以被创造所以能量可以被创造 解析解析:根据能量守恒定律可知根据能量守恒定律可知,能量不会

21、消失能量不会消失,能量被耗散后能量被耗散后 可以利用的品质会降低可以利用的品质会降低,所以要节约能源所以要节约能源,选项选项A错误错误;自然自然 界中的石油、煤炭等能源是有限的界中的石油、煤炭等能源是有限的,选项选项B错误错误;人类应该人类应该 多开发风能、太阳能等新型能源多开发风能、太阳能等新型能源,选项选项C正确正确;人类不断地人类不断地 开发和利用新的能源开发和利用新的能源,只是能量的转化或转移只是能量的转化或转移,能量不可以能量不可以 被创造被创造,选项选项D错误错误. 答案答案:C 【典例【典例4】关于能量耗散】关于能量耗散,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.能量耗散是指

22、在一定条件下能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了能量在转化过程中总量减少了 B.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性 C.能量耗散表明在能源的利用过程中能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上越来越少能量在数量上越来越少 D.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方 向性向性 解析解析:能量耗散是不可避免的能量耗散是不可避免的,但是能量耗散也遵守能量守恒定但是能量耗散也遵守能量守恒定 律律,故选项故选项D正确正确. 答案答案:D 课堂评价课堂评价 答案答案:A 1.有人设

23、想在夏天用电冰箱来降低房间的温度有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度.他的办法是他的办法是 关好房间的门窗关好房间的门窗,然后打开冰箱的所有门让冰箱工作然后打开冰箱的所有门让冰箱工作.不考不考 虑房间内外热量的传递虑房间内外热量的传递,冰箱工作后冰箱工作后,室内的温度将室内的温度将( ) A.逐渐升高逐渐升高 B.保持不变保持不变 C.工作时降低工作时降低,不工作时升高不工作时升高 D.工作时升高工作时升高,不工作时降低不工作时降低 答案答案:C 2.关于能量守恒定律关于能量守恒定律,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.随着科技的发展随着科技的发展,不消耗能量却可以大量对外做功的永

24、不消耗能量却可以大量对外做功的永 动机是可以制成的动机是可以制成的 B.太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量,但照但照 射到宇宙空间的能量都消失了射到宇宙空间的能量都消失了 C.“既要马儿跑“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律, 因而是不可能的因而是不可能的 D.有种“全自动”手表有种“全自动”手表,不用上发条不用上发条,也不用任何形式的电也不用任何形式的电 源源,却能一直走动却能一直走动,说明能量可以凭空产生说明能量可以凭空产生 3.将乒乓球从将乒乓球从20.5 cm高处由静止释放高处由静止释放,球

25、与水平地面碰撞后球与水平地面碰撞后 弹起的高度越来越小弹起的高度越来越小,直到静止在地面上直到静止在地面上.此过程中此过程中( ) A.乒乓球的机械能保持不变乒乓球的机械能保持不变 B.机械能转化为其他形式的能机械能转化为其他形式的能,转化过程中能的总量减少转化过程中能的总量减少 C.转化过程中能的总量是守恒的转化过程中能的总量是守恒的,且其他形式的能也可自发且其他形式的能也可自发 地转化为机械能地转化为机械能 D.机械能转化为其他形式的能机械能转化为其他形式的能,但能的总量不变但能的总量不变 答案答案:D 4.(多选多选)关于能源的利用关于能源的利用,下列说法正确的是下列说法正确的是( )

26、A.由于煤和石油的储量是无限的由于煤和石油的储量是无限的,没有必要开发太阳能和没有必要开发太阳能和 核能核能 B.能源的利用过程实质是能的转化过程能源的利用过程实质是能的转化过程 C.现在使用的能源主要是煤、石油和天然气现在使用的能源主要是煤、石油和天然气 D.煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能 答案答案:BCD 5.某海湾占地面积某海湾占地面积1.0107 m2,涨潮时平均水深涨潮时平均水深20 m,此时此时 关上水坝闸门关上水坝闸门,可使水位保持可使水位保持20 m不变不变;退潮时退潮时,坝外水位降坝外水位降 至至18 m,如图所示如图所示

27、.利用此水坝建一座水力发电站利用此水坝建一座水力发电站,重力势能重力势能 转化为电能的效率为转化为电能的效率为10%,每天有两次涨潮每天有两次涨潮,g取取10 m/s2,该该 水力发电站每天能发出多少电能水力发电站每天能发出多少电能?(不计发电机的能量损失不计发电机的能量损失) 解析解析:退潮时退潮时,由坝内流向坝外的水的质量由坝内流向坝外的水的质量 m=V=Sh=21010 kg, 该过程中重力势能的减少量该过程中重力势能的减少量Ep减 减=mg , 两次涨潮、退潮共减少两次涨潮、退潮共减少Ep=2mg =mgh, 故每天发出的电能故每天发出的电能E电 电=Ep 10%=4 1010 J. 答案答案: 41010 J.