最新人教版高中物理必修三第十二章电能 能量守恒定律 4能源与可持续发展

课程标准

4．能源与可持续发展了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。化是有方向性的。的影响。有环境保护的意识和行为。素养目标(物理观念)科学思维)(学态度与责任)一、能量转移或转化的方向性能量守恒定律：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另一种形式，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。现：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。能量耗散和品质降低：(新收集起来加以利用的现象。态的转化，是能够自动发生、全额发生的。能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。-1-上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。【生活链接1】植物生长靠太阳，太阳光照在花朵上，同时发生了光合作用。探究：你知道在这个过程中能量是怎样转化的吗？提示：太阳能转化为化学能。二、能源的分类与应用不可再生能源：煤、石油、天然气等化石能源短期内无法恢复的能源。可再生能源：太阳能、风能、水能、潮汐能等能源在自然界可以再生的能源。【生活链接2】如图所示，这是新型的发电装置。探究：你知道图片中的装置是利用了什么能量发电的吗？这种能源是可再生能源吗？提示：风能，风能属于可再生能源。三、能源与社会发展能源利用的三个时期是柴薪时期、煤炭时期、石油时期。煤炭和石油的燃烧对环境的危害：燃烧时增加了大气中的二氧化碳的含量，加剧了温室效应。形成酸雨”。化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。能源的开发与环境的关系：-2-人类的生存和发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。等在生产和消费过程中对生态环境污染程度低的清洁能源。【质疑批判】学习能源与可持续发展后，我们分析判断下列哪些说法是正确的？①根据能量守恒定律可知，节约能源是没有必要的。②能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质降低。③能源的开发和利用必须同时考虑其对环境的影响。④通过太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能。⑤风能很不稳定，风力发电的功率很小，风力无法实现并网发电。⑥一些质量较大的原子核在裂变成轻的原子核时会释放出能量，核电站就是利用可控裂变来发电的。⑦质量较小的原子核聚合在一起发生聚变时，也会释放能量，核电站就是利用核聚变来发电的。以上说法正确的有③④⑥。一、能量守恒定律的理解与应用(物理观念——能量观念)如图所示是小型汽油机模型。探究：(1)汽油机在工作中能量是怎样转化的？提示：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。(2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？提示：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。能量守恒定律-3-表达式E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。ΔE增＝ΔE减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量。应用步骤明确研究对象及研究过程。明确该过程中，哪些形式的能量在变化。确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少。列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(式)。提醒：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。【典例】v匀速转动，一质量为m()，求：小木块的位移；传送带转过的路程；(3)小木块获得的动能；(4)(5)电动机带动传送带匀速转动输出的总能量。【解析】小木块刚放上传送带时，速度为0，受到传送带的滑动摩擦力作用，做匀加速直线运动，达到与传送带相同的速度后不再受摩擦力。整个过程中小木块获得一定的动能，系统内因摩擦产生一定的热量。对小木块，相对滑动时，由μmg＝maa＝μgv＝at，得小木块由静止。到与传送带相对静止时所用的时间t＝v。μg则小木块的位移l＝1

＝v22at2

2μg。-4-μgs＝vt＝v2。μgE

mv2。k 222

mv2。总由能的转化与守恒得，电动机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦产的热量，所以E ＝E＋Q＝mv2。总k2v2 v2 22μg (2)μg (3)2

1

mv2如图是水电站的发电原理图，由图可知下列说法错误的( )A.水力发电不会造成污染B．该装置将机械能转化为电能C增大水落差D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能选D、BC正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，D业利用煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)吃干榨尽”()A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化BC．该技术实现了煤的清洁利用D．该技术实现了煤的高效利用【解析】选B。煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正-5-确，B错误；该技术使煤得以高效良好利用又环保，C、D正确，本题应选B。【拔高题组】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)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为6.0×108m2，平均最高水位与最低水位差为4.0m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为 10%，则一天内发电的平均功率约为 (ρ海水＝1.0×103kg/m3，g10m/s2)，结果保留一位有效数字。【解析】利用潮汐发电，就是水的重力势能转化为电能，水能转化为电能的效率是10%，一次涨潮，退潮后水坝内水的势能改变量WVgΔh＝ρ水ShgΔh海水平均潮差为4.0m，则水的重心下降的高度Δh＝4.02

水＝GΔh＝mgΔh＝ρ水m＝2m则水的势能可转变为电能 W 电＝W 水×10%＝ρ 水SghΔh×10%＝1.0×103×6.0×108×10×4.0×2×0.1J＝4.8×1012J每天2次涨潮，则该电站一天能发电9.6×1012J，所以每天的平均功率为P＝9.6×101224×3600

W≈1.1×105kW。答案：1.1×105kW5m/s1.2kg/m312m10%能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？E【解析】首先可以求在时间t内作用于风车的气流质量m＝πr2vtρ，这些气流的E动能为12

m2

m210＝t＝212πr2ρv3×10%代入数据后得P≈3.4 kW21答案：3.4 kW二、能源及其开发和利用(物理观念——能量观念)-6-能量守恒定律提出以后，人们认识到能量不可能凭空产生，但也不消失，于是有人设计了这样一种装置：该装置可以从海水中收集热能，并将这些内能作为驱动电动机的动力，从而实现永动的目的。这种设备可以做出来吗？提示：不能。因为能量的转化具有方向性，热量一旦释放出去，就不会再自动聚集起来供人类重新使用了。能源分类方法

能源的分类能源分类名称 特点 举例按形式一次能源

自然形成,未经加太阳能、风能、地热能、核能、潮汐或转换 工 能特点分二次能源

由一次能源经加焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、按可否可再生能源再生分不可再生能源

工转换而成可循环使用短期内无法转换获得

汽油、电能水能、风能、生物质能、地热能煤、石油、天然气、核燃料按对环境污染

清洁能源

对环境基本上没有污染

太阳能、海洋能、风能、水能情况分污染能源 会严重污染环境化石燃料煤、石油、天然)提醒：地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能。【典例】能源短缺和环境恶化指的( )①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺。②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内-7-用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺。③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化。④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化。A．①③ B．①④C．②③ D．②④【解析】选D。煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之②正确。故D正确。近年来，我国沿海地区利用潮汐现象建成了潮流能发电站，其原理就是利海水的流动来推动发电机工作。从能量转化的角度，潮流能发电是( )B．海水的化学能转化成电能C．电能转化成海水的势能D【解析】选A。海水涨潮、退潮时具有很大的机械能，流动的海水推动发电机转动，把机械能转化为电能贮存起来。2．(多)下列对能量耗散的理解正确的( )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过程具有方向选D。在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会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，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确。-8-【拔高题组】1．关于能源的利用和节能，下列说法正确的( A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%意义不大节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D【解析】选D。能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，同时不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是( )A.能量耗散说明能量不守恒BC．能量耗散过程中能量不守恒方向性【解析】选D。能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来，其满足能量守恒定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的ABC错误；D正确。考查内容：温室效应【典例】(多)关温室效应”，下列说法正确的( )-9-温室效应”温室效应”温室效应”D．“温室效应”使得土壤酸化选温室效应”是由于石油和煤炭燃料的大量使用，增加了大气中二氧化碳含量，使地面气温上升，两极冰雪融化，海平面上升；土壤酸化是石油和煤炭燃料的燃烧使空气中二氧化硫含量增大引起的，故B、C正确。世界环境日世界环境日为每年的6月5日，它反映了世界各国人民对环境问题的认识和态度，表达了人类对美好环境的向往和追求，也是联合国促进全球环境意识、提高对环境问题的注意并采取行动的主要媒介之一。65世界环境日”纪念活动，500佳世界环境日”地球是人类和其他物种的共同家园，然而由于人类常常采取乱砍滥伐、竭泽而渔等不良发展方式，地球上物种灭绝的速度大大加快。生物多样性丧失的趋势正使生态系统滑向不可恢复的临界点，如果地球生态系统最终发生不可挽回的恶化，人类文明所赖以存在的相对稳定的环境条件将不复存在。探究：你知道世界环境日的意义吗？提示：世界环境日的意义在于提醒全世界注意地球状况和人类活动对环境的危-10-害。要求联合国系统和各国政府在这一天开展各种活动来强调保护和改善人类环境的重要性。1．(水平1)以下说法正确的( )A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧B．汽油是一种清洁能源C．水能是可再生能源煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的【解析】选C。煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，ACD错误。1)“风光互补路灯风力发电机发电，二者皆具备时则同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，()A．只可以实现风能转化为电能B．只可以实现太阳能转化为电能C．可以实现电能转化为风能D【解析】选D。有阳光时通过太阳能电池板发电，说明可以实现太阳能转化为电能；有风时通过风力发电机发电，说明可以同时实现风能转化为电能，故D正确。2)20175月，我国首次海域可燃冰”m3164m30.8m3的水，下()A．可燃冰是不可再生能源B．可燃冰属于可再生能源C．1m3可燃冰比0.8m3的水质量小D．相同体积的可燃冰和天然气完全燃烧后，释放的热量一样多-11-【解析】选A。可燃冰属于不可再生能源，故AB错误；由题目提供信11640.8m30.8水质量大，、D错误。2)一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过()A.流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒CD．流星物体进入大气层后做斜抛运动【解析】选A。流星同空气摩