物理人教版高中必修三（2019年新编）12-4能源与可持续发展（教案）

12.4能源与可持续发展学习目标：1．了解什么是能量耗散和品质降低。2．了解能源与人类社会、环境的关系。3．了解几种新能源的发展。知识点一、能量守恒定律1．内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫做能量守恒定律。2．确立能量守恒定律的两类重要事实（1）确认了永动机的不可能性；（2）发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化。3．意义：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，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。【题1】行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同物理过程是A．物体的动能转化为其他形式的能B．物体的势能转化为其他形式的能C．物体的机械能转化为其他形式的能D．其他形式的能转化为物体的机械能【答案】C【解析】四个运动过程中的能量转化为：汽车制动，动能→内能；流星坠落，重力势能→光能、内能；降落伞匀速下降，重力势能→内能；磁铁穿过线圈，重力势能→电能。由此可知，四个运动过程中均是物体的机械能转化为其他形式的能，C正确。【题2】我国人民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子，为人们挡住炎炎烈日，冬天叶子又会全部掉光，使温暖的阳光照入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意，关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法中正确的是A．树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低B．树木吸收阳光，使自己温度升高，周围温度降低C．树木吸收阳光，将阳光的能量转化为化学能，使环境温度变低D．白天大树将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热【答案】C【解析】植物发生光合作用，消耗掉太阳能转化成化学能，根据能量守恒，阳光的能量被转化成化学能，所以树木下会比较凉爽，故C正确。知识点二、能量转移或转化的方向性1．能量耗散：自然界中集中度较高（即有序度较高）的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。2．能量转移或转化的方向性：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。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，是能够自动发生、全额发生的，能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。【题3】下列对能量耗散的理解正确的有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性【答案】【解析】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。【题4】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B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的D．能量耗散导致能量品质降低【答案】BCD【解析】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，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能。C正确，故选B、C、D。3．品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。能量的耗散表明，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降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。4．各种形式的能量向内能的转化，都是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，是能够自动发生、全额发生的。内能向机械能的转化过程，由热力学第二定律知道，这种转化是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能。因此从利用价值来看，内能相对于机械能、电能，是一种低品质的能量。【题5】下列说法中正确的是A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的D．随着科技的发展，永动机是可以制成的【答案】A【解析】根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故A正确；能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故B错误；根据能量守恒定律，能量是不能创生的，故C错误；永动机违背了热力学第一、第二定律，是不可能制造成功的，故D错误。知识点二、能源的分类与应用1．分类（1）化石能源——不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。（2）可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。3．太阳能发电、风能发电、核能发电。知识点三、能源与人类社会发展、环境1．能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。2．常规能源：常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。3．能源危机：按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。4．环境污染：能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。5．能源与社会发展：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。6．能源对环境的影响（1）常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。（2）做好环境保护工作：目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。7．开发新能源（1）化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。（2）新能源主要有下列几种：太阳能、生物质能、风能、水能等。太阳能、风能、水能是清洁能源，也是“可再生能源”。【题6】（多选）下面关于能源的说法中正确的是A．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C．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【答案】BC【解析】尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A项错，B项对。常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C项对，D项错。【题7】关于“温室效应”，下列说法正确的是A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化D．“温室效应”使得土壤酸化【答案】BC【解析】“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升，淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确。【题8】在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的A．制作一个内能回收器，将散失在周围环境中的内能全部收回再利用B．发明一种制冷设备，