（2021新人教版）高中物理必修第三册第12章 4能源与可持续发展复习讲义.doc

1、4.能源与可持续发展能源与可持续发展 学习目标学习目标：1.物理观念物理观念知道能量的多种形式知道能量的多种形式；能区分可再生能源与不可再生能源能区分可再生能源与不可再生能源； 理解能量守恒定律。理解能量守恒定律。2.科学思维科学思维通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒 定律的确切含义。定律的确切含义。3.科学探究科学探究通过大量实例，总结能量在转化、转移过程中总量不通过大量实例，总结能量在转化、转移过程中总量不 变，并探究能量转化具有方向性。变，并探究能量转化具有方向性。4.科学态度与责任科学态度与责任能主动关心能源与可持续发展能主动关心能

2、源与可持续发展 问题；能认识能源的过度开发和利用对环境的影响。问题；能认识能源的过度开发和利用对环境的影响。 阅读本节教材，回答第阅读本节教材，回答第 93 页页“问题问题”并梳理必要知识点。并梳理必要知识点。 教材教材 P93“问题问题”提示：能源在利用过程中品质降低了。提示：能源在利用过程中品质降低了。 一、能量守恒定律一、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，它只能从一种形式它只能从一种形式转化转化为其他形式为其他形式，或者或者 从一个物体从一个物体转移转移到别的物体，在到别的物体，在转化转化或或转移转移的过程中，能量的总量保持的过程中，能量的

3、总量保持不变不变。 二、能量转移或转化的方向性二、能量转移或转化的方向性 1一切与热现象有关的宏观自然过程都是一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆不可逆的。的。 2能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集收集起来重新利起来重新利 用的现象。用的现象。 3节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可 利用的品质上利用的品质上降低降低了，即从便于利用的能源变为不便于利用的能源。了，即从便于利用的能源变为不便于利用的能源。 4自然界中

4、的宏观过程具有自然界中的宏观过程具有方向方向性。性。 三、能源的分类与应用三、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：像煤炭、不可再生能源：像煤炭、石油石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源，煤炭和天然气这类无法在短时间内再生的能源，煤炭、 石油和天然气也叫石油和天然气也叫化石化石能源。能源。 (2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。 2我国能源的开发我国能源的开发 (1)太阳能发电；太阳能发电；(2)水力发电；水力发电；(3)风能发电；风能发电；(4)核能核能发电。发电。 四、能源与

5、社会发展四、能源与社会发展 1人类利用能源的三个时期：人类利用能源的三个时期：柴薪柴薪时期、煤炭时期、石油时期。时期、煤炭时期、石油时期。 2利用不可再生能源带来的危害利用不可再生能源带来的危害 (1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室温室效应。效应。 (2)形成形成“酸雨酸雨”，腐蚀建筑物，腐蚀建筑物，酸化酸化土壤。土壤。 (3)产生产生光化学光化学烟雾，产生浮尘。烟雾，产生浮尘。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”“”) (1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量的增多。当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的

6、能量的增多。() (2)煤炭、石油和天然气都属于化石能源。煤炭、石油和天然气都属于化石能源。() (3)在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。() (4)冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。() 2下列供热方式最有利于环境保护的是下列供热方式最有利于环境保护的是() A用煤做燃料供热用煤做燃料供热 B用石油做燃料供热用石油做燃料供热 C用天然气或煤气做燃料供热用天然气或煤气做燃料供热 D用太阳能灶供热用太阳能灶供热 D煤煤、石油石油、天然气等燃料的利用天然气等燃料的利用，使

7、人类获得大量的内能使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中但由于这些燃料中 含有杂质以及燃烧得不充分含有杂质以及燃烧得不充分，使得废气中含有的粉尘使得废气中含有的粉尘、一氧化碳一氧化碳、二氧化硫等物质污染二氧化硫等物质污染 了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故 D 正确。正确。 3关于能量和能源，下列说法正确的是关于能量和能源，下列说法正确的是() A化石能源是清洁能源，水能是可再生能源化石能源是清洁能源，水能是可再生能源 B人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C在能源的

8、利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源 D能量耗散现象说明能量耗散现象说明：在能量转化的过程中在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少虽然能的总量并不减少，但能量品但能量品 质降低了质降低了 D化石能源燃烧时放出化石能源燃烧时放出 SO2、 CO2等气体等气体， 形成酸雨和温室效应形成酸雨和温室效应， 破坏生态环境破坏生态环境， 不是清洁能源不是清洁能源，A 错误错误；能量是守恒的能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下但能量品质会下 降，故要节约能源，降，故要节约能源，B、

9、C 错误，错误，D 正确。正确。 能量守恒定律的理解和应用能量守恒定律的理解和应用 (教材用书独具教材用书独具)教材教材 P43“思考与讨论思考与讨论”答案提示：不可能。答案提示：不可能。 (1)如图是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？如图是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？ (2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？ 提示：提示：(1)汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械 能。能。 (2)不能，因为内燃机工作时总有内能损失

10、，不可能全部转化为机械能。不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。 1能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有 电磁能、化学能、原子能等。电磁能、化学能、原子能等。 (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水， 电能转化为内能电能转化为内能；煤燃烧煤燃烧，化学能转化为内能化学能转化为内能；列车刹车后列车刹车后，车轮温度升高车轮温

11、度升高，机械能转机械能转 化为内能。化为内能。 2能量守恒的两种表达能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)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。相等。 3应用能量转化与守恒解题的步骤应用能量转化与守恒解题的步骤 (1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量 的具体

12、形式。的具体形式。 (2)分别列出减少的能量分别列出减少的能量E减 减和增加的能量 和增加的能量E增 增的表达式。 的表达式。 (3)依据依据E减 减 E增 增列式求解。 列式求解。 【例【例 1】如图所示如图所示，一个粗细均匀的一个粗细均匀的 U 形管内装有同种液体形管内装有同种液体，液体质量为液体质量为 m。在在 管口右端用盖板管口右端用盖板 A 密闭，两边液面高度差为密闭，两边液面高度差为 h，U 形管内液体的总长度为形管内液体的总长度为 4h，先拿去，先拿去 盖板盖板，液体开始运动液体开始运动。由于管壁的阻力作用由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动最终管内液体停止运动，则该过程中产

13、生则该过程中产生 的内能为的内能为 () A 1 16mgh B1 8mgh C1 4mgh D1 2mgh A去掉右侧盖板之后去掉右侧盖板之后， 液体向左侧流动液体向左侧流动， 最终两侧液面最终两侧液面相 平 ，相 平 ， 液体的重力势能减少液体的重力势能减少， 减少的重力势能转化为内能减少的重力势能转化为内能。 如图所示如图所示，最 终 状最 终 状 态可等效为右侧态可等效为右侧 1 2h 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该 液 柱该 液 柱 减少的重力势能，则减少的重力势能，则 Q1 8mg 1 2h 1 16mgh，故 ，故 A 正确。正确。

14、利用能量转化与转移解题的两点注意利用能量转化与转移解题的两点注意 (1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的 不同部分或不同物体间进行转移。不同部分或不同物体间进行转移。 (2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关 键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。 跟进训练跟进训练 1能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最

15、重要、能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、 最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是() A因为能量守恒，所以不需要节约能源因为能量守恒，所以不需要节约能源 B因为能量不会消失，所以不可能有能源危机因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C不同形式的能量之间可以相互转化不同形式的能量之间可以相互转化 D能量可以被消灭，也可以被创生能量可以被消灭，也可以被创生 C自然界的总能量是守恒的自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭能量既不能被消灭，又不能被创生又不能被创生，但随着能量耗但随着能量耗 散散，能量可以利用的品质会降低能量可

16、以利用的品质会降低，可利用的能源会减少可利用的能源会减少，所以会有能源危机所以会有能源危机，我们要节我们要节 约能源，约能源，C 正确。正确。 能源和可持续发展能源和可持续发展 1.如何正确理解能量耗散和品质降低如何正确理解能量耗散和品质降低 (1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能 不管数量多么巨大不管数量多么巨大，它也不过只能使地球它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做却再也不能驱动机器做 功了。功了。 (2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等

17、，是一种低品质的能量。由从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由 此可知此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低却会导致能量品质的降低，实际上是实际上是 将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。 (3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。 2能源的分类能源的分类 能源分类能源分类 方法方法 能源分类名称能源分类名称特点特点举例举例 按形式按形式 或转换或转换 特点分特点分 一次能源一次能源自然形成，未经加工自

18、然形成，未经加工 太阳能太阳能、 风能风能、 地热能地热能、 核能、潮汐能核能、潮汐能 二次能源二次能源 由一次能源经加工转换而由一次能源经加工转换而 成成 焦炭焦炭、木炭木炭、蒸汽蒸汽、液液 化气化气、酒精酒精、汽油汽油、电电 能能 按利用按利用 技术分技术分 常规能源常规能源已大规模正常使用已大规模正常使用 煤煤、石油石油、天然气天然气、水水 能能 新能源新能源 正在开发，或有新的利用正在开发，或有新的利用 方式方式 太阳能太阳能、 核能核能、 地热能地热能、 海洋能、沼气、风能海洋能、沼气、风能 按可否按可否 再生分再生分 可再生能源可再生能源可循环使用可循环使用 水能水能、 风能风能、

19、 生物质能生物质能、 地热能地热能 不可再生能源不可再生能源短期内无法转换获得短期内无法转换获得 煤煤、石油石油、天然气天然气、核核 燃料燃料 按对环按对环清洁能源清洁能源对环境基本上没有污染对环境基本上没有污染太阳能太阳能、 海洋能海洋能、 风能风能、 境污染境污染 情况分情况分 水能水能 污染能源污染能源会严重污染环境会严重污染环境 化石燃料化石燃料(煤、石油、煤、石油、 天然气天然气) 【例【例 2】(多选多选)下列关于能量耗散的说法正确的是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

20、中的内能再也不能被人类利用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，在一定条件下可以全额发生各种形式的能量向内能的转化，在一定条件下可以全额发生 D能量耗散导致能量品质的降低能量耗散导致能量品质的降低 BCD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，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，但使得能量品质降低，故选项遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项 A 错误，选项错误，选项 D 正确；耗散的内能正确；耗散的内能 无法再被利用，选项无法再被利用，选项 B 正确；其他形式的能在一定的条

21、件下可以全部转化为内能，但正确；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，选项相反过程却不能够全额进行，选项 C 正确。正确。 能量耗散不仅遵循能量守恒定律能量耗散不仅遵循能量守恒定律， 而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有 方向性。方向性。 跟进训练跟进训练 2(多选多选)下列关于能源的说法正确的是下列关于能源的说法正确的是() A能源是取之不尽，用之不竭的能源是取之不尽，用之不竭的 B能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C大量消耗常规能源会使环

22、境恶化，故提倡开发利用新能源大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 BC尽管能量守恒尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的所以能源是有限的，特别特别 是常规能源，是常规能源，A 错，错，B 对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C 对对， D 错。错。 1下列说法正确的是下列说法正确的是() A能就是功，功就是能能就是功，功就是能 B外力对物体做功越多，这个物体的能量就越大外力对物体做功越

23、多，这个物体的能量就越大 C外力对物体不做功，这个物体就没有能量外力对物体不做功，这个物体就没有能量 D能量转化的多少可以用做功的多少来量度能量转化的多少可以用做功的多少来量度 D功和能是两个不同的概念，外力对物体做功的多少只是说明了能量转化的多功和能是两个不同的概念，外力对物体做功的多少只是说明了能量转化的多 少少，而不能说明物体能量的多少而不能说明物体能量的多少，外力对物体不做功不能说明物体没有能量外力对物体不做功不能说明物体没有能量，A、B、C 错误；功是能量转化的量度，错误；功是能量转化的量度，D 正确。正确。 2(多选多选)下列关于能源的说法正确的是下列关于能源的说法正确的是() A

24、石油、天然气都属于新能源石油、天然气都属于新能源 B能量耗散不遵循能量守恒定律能量耗散不遵循能量守恒定律 C能量耗散会导致能量品质的降低能量耗散会导致能量品质的降低 D为了可持续发展，必须节约能源为了可持续发展，必须节约能源 CD石油石油、天然气属于常规能源天然气属于常规能源，A 错误错误；能量耗散同样遵循能量守恒定律能量耗散同样遵循能量守恒定律，但但 能量耗散导致能量品质降低能量耗散导致能量品质降低，B 错误错误，C 正确正确；因可用能源正在减少因可用能源正在减少，故为了可持续发故为了可持续发 展，必须节约能源，展，必须节约能源，D 正确。正确。 3(多选多选)关于能量耗散，下列说法正确的是

25、关于能量耗散，下列说法正确的是( ) A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耗散是指在一定条件下，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，能量在数量上并未减少能量在数量上并未减少，但是在可利用的但是在可利用的 品质上降低了品质上降低了 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向性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 CD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律但是能量耗散也遵守

26、能量守恒定律， 故故 C、 D 正确正确。 4水平地面上平放着一根长为水平地面上平放着一根长为 L、质量为质量为 M 的匀质棒的匀质棒，把它的一端匀速抬高把它的一端匀速抬高 H(H L)，假设用手直接作用于棒端抬高时手做功，假设用手直接作用于棒端抬高时手做功 W1，用一根弹簧钩住棒端抬至同样高度，用一根弹簧钩住棒端抬至同样高度 时手做功时手做功 W2，则，则() AW1W2 BW1W2 CW1W2 D不确定不确定 W1与与 W2之间的关系之间的关系 C手直接作用于棒的一端时手做功手直接作用于棒的一端时手做功 W1EpG，用弹簧钩住升高相同高度时手做，用弹簧钩住升高相同高度时手做 功功 W2EpGEp弹 弹，显然 ，显然 W1W2，C 正确。正确。 5情境：情境：氢气是一种清洁能源，它燃烧后只生成水，对环境无污染，某同学设想氢气是一种清洁能源，它燃烧后只生成水，对环境无污染，某同学设想 了一个利用氢能的方案了一个利用氢能的方案， 如图是它的示意图如图是它的示意图， 请你判断这一方案的可行性请你判断这一方案的可行性， 并说明理由并说明理由。 判断：判断：_(选填选填“可行可行”或或“不可行不可行”) 理由：理由：_ _ _ _。 答案答案不可行不可行违反了能量守恒定律违反了能量守恒定律