2018版 第4章 6．能源的开发与利用

第页6．能源的开发与利用学习目标知识脉络1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确定的两类重要事实．(重点)2．知道能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题．(重点、难点)3．知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识.能量守恒定律eq\x([先填空])1．能量的转化自然界存在着各种不同形式的能量—机械能(动能和势能)、内能、电能、化学能、核能等，各种不同形式的能量可以相互转化．2．能量守恒定律(1)定律内容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另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变．(2)机械能守恒定律与能量守恒定律的关系机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在特种背景下一种特殊表现形式．eq\x([再判断])1．当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多．(√)2．做功越多，能量的转化也越多．(√)3．物体做了多少功，就有多少能量消失．(×)eq\x([后思考])一个叫丹尼斯·李(DennisLee)的美国人在《美国今日》《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机．你认为这种发电机能造出来吗？并说明原因．DennisLee和他的永动机图4­6­1【提示】不能．丹尼斯·李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违背了能量守恒定律，因此这种发电机不能制造出来．eq\x([合作探讨])“神舟十号”飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1000摄氏度．图4­6­2探讨1：进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高．该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？【提示】该过程动能增加，势能减少，克服空气阻力做功，机械能不守恒．探讨2：返回舱表面温度越高，内能越大．该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？【提示】该过程机械能向内能转化．根据能量守恒定律，机械能和内能的总量不变．eq\x([核心点击])1．功与能量的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的．做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)．因此，功是能量转化的量度．2．功与能的关系某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少WG＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少W弹＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加W合＝Ek2－Ek1负功动能减少除重力(或系统内弹力)外其他力做功正功机械能增加W外＝E2－E1负功机械能减少1．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光；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的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量【解析】这四个现象中物体运动过程中都受到运动阻力，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A对；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D对．故A、D选项正确．【答案】AD2．(多选)在体育比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项．质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()【导学号：22852119】图4­6­3A．他的动能减少了Fh－mghB．他的重力势能增加了mghC．他的机械能减少了(F－mg)hD．他的机械能减少了Fh【解析】由动能定理，ΔEk＝mgh－Fh，动能减少了Fh－mgh，A选项正确；他的重力势能减少了mgh，B选项错误；他的机械能减少了ΔE＝Fh，C选项错误，D选项正确．【答案】AD3．如图4­6­4所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止．人与雪橇的总质量为70kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：图4­6­4(1)人与雪橇从A到B的过程中，产生的热量是多少？(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小．(g取10m/s2)位置ABC速度(m/s)2.012.00时刻(s)0410【解析】(1)从A到B的过程中，人与雪橇损失的机械能为ΔE＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)损失的机械能转化为内能Q＝ΔE＝(70×10×20＋eq\f(1,2)×70×22－eq\f(1,2)×70×122)J＝9100J.(2)人与雪橇在BC段做匀减速运动的加速度a＝eq\f(vC－vB,t)＝eq\f(0－12,10－4)m/s＝－2m/s2根据牛顿第二定律f＝ma＝70×(－2)N＝－140N.【答案】(1)9100J(2)140N利用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化．(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)列等式ΔE减＝ΔE增求解．能源的利用和新能源的开发eq\x([先填空])1．能源的利用(1)能源：是指能够提供某种形式能量的物质资源．(2)人类利用能源的历史主要分为：柴草时期、煤炭时期和石油时期．(3)煤、石油和天然气为化石燃料，这些能源不可再生，也不可重复使用，所以又称为非再生能源，能源的大量使用也引起了环境问题．2．新能源的开发目前，正在开发的新能源有风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能、生物质能及核聚变等．eq\x([再判断])1．煤、石油、天然气属于常规能源．(√)2．既然能量守恒，所以不必担心会发生能源危机．(×)eq\x([后思考])近几年流行一种“自发电电动车”(如图4­6­5)，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？图4­6­5【提示】仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去．因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电．eq\x([合作探讨])图4­6­6探讨1：既然能量是守恒的，为什么当今社会会出现能源危机？【提示】能源利用的过程中，能量在总的数量上并没有减少，但在可以利用的品质上降低了，所以会出现能源危机．探讨2：解决能源危机的途径是什么？【提示】一是节约能源，二是开发新能源．eq\x([核心点击])1．人类与能源的关系(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志．(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害．2．常规能源和新能源的转化途径4．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是()A．都为可再生能源，取之不尽，用之不竭B．都为不可再生能源，用一点，少一点C．都为来自太阳辐射的能量D．都为污染环境的能源【解析】煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射．因此，选项C正确，其他选项均错误．【答案】C5．关于能源的利用，下列说法中不正确的是()A．由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要B．能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程C．现在人类社会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到底来自太阳能【解析】石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中虽然总量不变，但品质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A错，B、C、D对．【答案】A6．能源短缺和环境恶化指的是()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．①④