金版教程物理2024导学案必修第册人教版新第十二章 电能 能量守恒定律实验：电池电动势和内阻的测量含答案

《金版教程(物理）》2024导学案必修第册人教版新第十二章电能能量守恒定律3.实验：电池电动势和内阻的测量1．掌握伏安法测量电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材正确连接电路并进行实验数据处理。2.理解“伏阻法”“安阻法”测量电池电动势和内阻的原理，掌握其数据处理方法。3.尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的办法。一实验思路(伏安法)如图所示电路中，E＝U＋Ir，如果能测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从中解出E、r。然而只测量两组数据，通过联立解方程解得E和r，误差可能较大，应该eq\x(\s\up1(01))多次测量，并对数据处理，才能减小误差。所以，应该使用eq\x(\s\up1(02))滑动变阻器改变外电路电阻，进行多次测量。二实验器材电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表、导线。三实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最大的一端。2．闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。3．用同样的方法，依次记录多组U、I值。4．断开开关S，拆除电路。5．用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻。探究1测量过程·获取数据仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：本实验的研究对象是什么？研究什么？提示：本实验的研究对象是电源，要测出它的电动势和内阻。活动2：本实验的原理图应是上图中的哪个？为什么不选另一个图？提示：本实验的原理图是图甲。尽管图甲的接法也存在误差，但是图乙测出的内阻是电源的内阻和电流表的内阻之和，而这两个内阻一般来说大小不相上下，则测出的结果没有实际价值。活动3：本实验要获得的是什么数据？测两组数据够吗？提示：要通过电压表、电流表获得路端电压和电路的电流这两个数据。根据实验原理，两组数据就可以解出E、r，但误差可能很大。为了减小误差，只有两组数据还不够，还应该调节滑动变阻器获得多组数据。活动4：本实验中有哪些注意事项？提示：(1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池。(2)为了减小电压表分流带来的误差，应选内阻较大的电压表。(3)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化。(4)为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。探究2分析数据·得出结论活动1：本实验处理数据的方法有哪些？请详述。提示：为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：(1)公式法依次记录多组数据(一般为6组)，如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U/VU1U2U3U4U5U6分别将第1、4组，第2、5组，第3、6组联立方程解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，分别求平均值。(2)图像法把测出的多组U、I值，在U­I图中描点画线，使U­I图像的直线经过大多数坐标点，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，如图甲所示。由于电源的内阻较小，如果干电池的路端电压变化不是很明显，作图像时，纵轴标度可适当大些，且纵轴起点可不从零开始，如图乙所示。活动2：通过分析活动1中的实验数据，你能得到什么结论？提示：(1)对解方程组得到的电动势和内阻分别求平均值得到E＝eq\f(E1＋E2＋E3,3)、r＝eq\f(r1＋r2＋r3,3)，就是我们要测的电源电动势和内阻。(2)根据U＝－Ir＋E，对作出的U­I图像分析可知：①纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流I短＝eq\f(E,r)。②图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)。如果U－I图像所在坐标系，纵轴的起点不为零，此时图线与纵轴交点的纵坐标仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点的横坐标不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点，用r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))求出。注意：此时不能用r＝eq\f(E,I短)来计算内阻，因为I短未知，例如图乙中的0.6A并不是短路电流，短路电流未知。探究3误差分析·实验创新1．偶然误差(1)由于电表读数不准引起的误差。(2)用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。(作图像时，若纵轴起点不从零开始，可以减小作图误差)2．系统误差由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流I真。I真＝I＋IV，而IV＝eq\f(U,RV)，U越大，IV越大，它们的关系可用图表示。实测的图线为AB，经过IV修正后的图线为A′B，可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于A′B，即实测的E和r都小于真实值。3．两种电路的误差分析对比根据等效法，将电压表或电流表看成电源的组成部分，其余部分略去不画。作出两种电路的等效电源，如图甲、乙。(1)甲图：误差来源于电压表的分流作用。E测＝eq\f(RV,RV＋r)·E＜E，r测＝eq\f(RVr,RV＋r)＜r。(从“2”中的图的实线和虚线的对比也能直接看出大小关系)(2)乙图：误差来源于电流表的分压作用。E测＝E，r测＝r＋RA＞r(如下图分析)。根据E＝U＋Ir测量电源的电动势和内阻，需要两个电表分别来测电流和电压，我们称其为方案一。如果只用一个电表测出电流或电压，如何完成实验？方案二：安阻法(1)原理：E＝U＋Ir可以写成E＝IR＋Ir。由此可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r。(2)器材：电路图如图所示。用到的器材有电池、开关、导线、电阻箱、电流表。(3)数据处理①公式法eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))②图像法：由E＝IR＋Ir得：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)。作出eq\f(1,I)­R图像，如图所示。由图像的斜率和截距求解。(4)误差分析：测得的电源电动势无偏差，电源内阻偏大。若已知电流表内阻，可消除测电源内阻的误差。方案三：伏阻法(1)原理：E＝U＋Ir可以写成E＝U＋eq\f(U,R)r。由此可知，只要能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r。(2)器材：电路图如图所示。用到的器材有电池、开关、导线、电阻箱、电压表。(3)数据处理①公式法eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))②图像法：由E＝U＋eq\f(U,R)r得：eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)。作出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图像，如图所示。由图像的斜率和截距求解。(4)误差分析：测得的电源电动势和电源内阻均偏小。探究4典例探究·提升能力例某实验小组利用如图所示电路测定一节电池的电动势和内电阻，备有下列器材：①待测电池：电动势约为1.5V(小于1.5V)；②电流表：量程0～3mA；③电流表：量程0～0.6A；④电压表：量程0～1.5V；⑤电压表：量程0～3V；⑥滑动变阻器：0～20Ω；⑦开关一个，导线若干。(1)请选择实验中需要的器材________(选填标号)。(2)按电路图将实物(如图甲所示)连接起来。(3)小组根据实验数据作出的U­I图像如图乙所示，由图像可求得电源电动势为________V，内电阻为________Ω。[规范解答](1)一节电池的内阻较小，约为几欧，电流表量程为0～3mA不能满足实验需要，故选量程为0～0.6A的电流表；待测电池电动势小于1.5V，为精确测量，故选量程为0～1.5V的电压表；滑动变阻器、开关、导线是电路必需器材，故所需器材为：①③④⑥⑦。(2)如图所示。(3)根据图像得：E＝1.40V，r＝2.8Ω。[答案](1)①③④⑥⑦(2)图见规范解答(3)1.402.8实验点拨选择仪器时注意掌握的原则(1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。(2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。(3)方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值，滑片的滑动范围也要尽可能大，以便于调节。[变式训练]某研究性学习小组利用如图所示的电路测量某电池的电动势E和内阻r。由于电池的内阻很小，因此在电路中接入了一个阻值为2.0Ω的定值电阻R0，闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，读出电压表相应的示数，得到了如下数据：电阻箱读数R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00电压表示数U/V1.891.781.661.571.431.35(1)为了比较准确地得出实验结论，该小组的同学准备用图像来处理实验数据。图像的纵坐标表示电压表示数U，则图像的横坐标表示的物理量应该是______________。(2)计算出与每组数据对应的物理量并填在表格中。(3)在下图所示的图像中作图，利用图像得出E＝________V，r＝________Ω。答案(1)电压U与电阻R的比值eq\f(U,R)(或电流I)(2)表格中数据如下：电阻箱读数R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00电压表示数U/V1.891.781.661.571.431.35eq\f(U,R)/A0.0470.0890.1380.1960.2380.270(3)图见解析2.00.4解析(1)由闭合电路的欧姆定律可得E＝U＋eq\f(U,R)·(R0＋r)，所以有U＝E－eq\f(U,R)·(R0＋r)；显然，若用eq\f(U,R)作为图像的横坐标，可得一次函数，则图像是直线，图像与纵轴的截距表示电池的电动势，图像斜率的绝对值表示R0＋r。(2)根据表中实验数据，找出电压表示数U与所对应电阻的阻值R，由欧姆定律I＝eq\f(U,R)可求出相应的电流。(3)根据(2)中所得数据，在坐标系中描出对应的点，然后根据坐标系中的点作直线，作出电池的路端电压与电流关系图像如图所示；由图像可知，该电池电动势E＝2.0V；由于图像斜率的绝对值等于电池内阻与定值电阻阻值之和，得r＋R0＝eq\f(2.00－1.43,0.238－0)Ω＝2.4Ω，得电池的内阻r＝2.4Ω－2.0Ω＝0.4Ω。1．为了测出电池的电动势和内阻，除待测电池和开关、导线以外，配合下列哪组仪器，不能达到实验目的()A．一个电流表和一个电阻箱B．一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器C．一个电压表和一个电阻箱D．一个电流表和一个滑动变阻器答案D解析根据E＝I(R＋r)，由电流表测出电流，用电阻箱读出外电阻的阻值，可以求出E、r，A正确；根据E＝U＋Ir，由电流表测出电流，由电压表测出电压，可以求出E、r，B正确；根据E＝U＋eq\f(Ur,R)，由电压表测出电压，用电阻箱读出外电阻的阻值，可以求出E、r，C正确；因为滑动变阻器不能读出电阻的数值，所以只有一个电流表和一个滑动变阻器，测不出电池电动势和内阻，D错误。2．下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的是()A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U­I图像，再根据图像求出E、rD．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路的欧姆定律求出电池内阻r答案C解析A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求出I、U的平均值再求解的方法是错误的。3．某探究小组做“测定干电池的电动势和内电阻”的实验。(1)他们设计了如图1所示的甲、乙两个实验原理图，由于干电池的内电阻较小，为使测量结果比较准确，实验中应该选用图1中________所示的原理图。(2)为了便于测量，探究小组的付同学将一个R0＝3.0Ω的电阻与电池串联后再进行实验，图2为所需的实验器材，其中已连接一部分导线，请你按选中的实验原理图用笔画线代替导线把电路补画完整。(3)根据付同学测得的数据，在U­I图中描出的点迹如图3所示，请在图中画出U­I图线，并利用图像得出干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，实验所得的干电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，E测________E真，r测________r真。(选填“<”“＝”或“>”)答案(1)甲(2)见解析图a(3)见解析图b1.60(1.58～1.62均可)0.33(0.31～0.35均可)(4)<<解析(1)由于干电池的内电阻较小，故若将电流表采用内接法(相对于电源)直接与电源串联，则电流表内阻对测量结果影响较大，应采用电流表外接法，故应选用甲电路。(2)由图1甲原理图可知，连线如图a所示。(3)由描点法作出U­I图线如图b所示，图像的纵截距表示干电池的电动势，图像的斜率的绝对值表示干电池的内阻与R0之和，则由图像可知，干电池的电动势为1.60V(1.58～1.62V均可)，内电阻r＝eq\f(1.60－0.60,0.30)Ω－3.0Ω＝0.33Ω(0.31～0.35Ω均可)。(4)本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小，通过电压表的电流IV＝eq\f(U,RV)，U越大，IV越大，在干电池的U­I图中画出考虑IV后的图像，如图c所示，由U­I图知E测<E真，r测<r真。4．小管同学想要测量“苹果电池”的电动势和内阻。实验室提供的器材如下：A．利用铜片、锌片与苹果制成的一个水果电池B．电流表A(0～200μA，内阻为2500Ω)C．电压表V(0～3V，内阻约3kΩ)D．电阻箱R1(0～9999.9Ω)E．滑动变阻器R2(最大阻值100Ω)F．开关一个，导线若干(1)用上述器材，小管同学做了以下实验：将“苹果电池”的两极直接与电压表相连(图1)，电压表读数(图2)为________V，记为U；再将“苹果电池”的两极直接与电流表相连，电流表读数为150μA，她利用关系式“r＝eq\f(U,150)×106－2500(U的单位为V，r的单位为Ω)”来估算“苹果电池”的内阻，那么该测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实内阻；(2)为更准确地测量出“苹果电池”的电动势和内阻，小管又利用上述仪器设计了以下四个电路，其中最合理的电路为________。答案(1)0.50(0.49～0.51均可)小于(2)A解析(1)电压表量程为0～3V，分度值为0.1V，要估读一位，读数为0.50V。第一次与电压表相连，电池有内阻，根据闭合电路欧姆定律得U＋eq\f(Ur真,RV)＝E，U<E；第二次与电流表相连时，根据闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,RA＋r真)，则r真＝eq\f(E,I)－RA，又因为r测＝eq\f(U,I)－RA，U<E，所以r测<r真，即内阻测量值小于真实值。(2)电流表的内阻已知，电压表内阻准确值未知，所以B、C选项的电路存在系统误差，A、D选项的电路不存在系统误差；由(1)中r＝eq\f(U,150)×106－2500，可知“苹果电池”内阻约为800Ω，电源内阻远大于滑动变阻器的阻值，若用D选项测量，电路中电压表读数过小，读数误差偏大，故选A。5．根据闭合电路的欧姆定律，用图甲所示的电路可以测定电池的电动势和内阻。图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在eq\f(1,U12)－R坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知R0＝150Ω，请完成以下数据分析和处理。(1)图乙中电阻为________Ω的数据点应剔除。(2)在图乙上画出eq\f(1,U12)－R关系图线。(3)图线的斜率是________V－1·Ω－1，由此可得电池电动势E＝________V。答案(1)80(2)图见解析(3)0.004561.46解析(1)根据画图描点原则应舍掉电阻为80Ω的点。(2)连线时应该用平滑曲线拟合，使线过尽可能多的点，不在线上的数据点均匀分布在线的两侧，如图所示。(3)根据闭合电路的欧姆定律得E＝U12＋eq\f(U12,R0)·(R＋r)，所以eq\f(1,U12)＝eq\f(1,E)＋eq\f(R,R0E)＋eq\f(r,ER0)，由eq\f(1,U12)­R关系图可知斜率eq\f(1,R0E)＝eq\f(1.52－0.70,180)V－1·Ω－1＝0.00456V－1·Ω－1，即E＝1.46V。6．一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻。准备的器材有：电流表(0～200mA，内阻是12Ω)，电阻箱R(最大阻值9.9Ω)，一个开关和若干导线。(1)由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们将一个定值电阻和电流表并联，若要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍，则定值电阻的阻值R0＝________Ω。(2)设计的电路图如图甲所示。若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I，并计算出eq\f(1,I)，得到多组数据后描点作出R－eq\f(1,I)图线如图乙所示，则该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。答案(1)6(2)62解析(1)由题意可知，设通过电流表的电流为I，则通过电阻R0的电流为2I，根据并联分流，则R0＝eq\f(1,2)RA＝6Ω。(2)R0与RA并联后的电阻为R1＝eq\f(6×12,6＋12)Ω＝4Ω，根据闭合电路的欧姆定律：E＝3I(R＋R1＋r)，变形可得R＝eq\f(E,3)·eq\f(1,I)－(4＋r)；由题图乙图线可知4＋r＝6，eq\f(E,3)＝eq\f(6,3)，则r＝2Ω，E＝6V。7．实验室中准备了下列器材：待测干电池(电动势约1.5V，内阻约1.0Ω)电流表G(满偏电流1.5mA，内阻10Ω)电流表A(量程0～0.60A，内阻约0.10Ω)滑动变阻器R1(0～20Ω，2A)滑动变阻器R2(0～100Ω，1A)定值电阻R3＝990Ω、开关S和导线若干(1)小明同学选用上述器材(滑动变阻器只选用了一个)测定一节干电池的电动势和内电阻。为了能较为准确地进行测量并操作方便，实验中选用的滑动变阻器应是________。(填代号)(2)请在虚线框中画出他的实验电路图。(3)下图为小明根据实验数据作出的I1－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，由该图线可得：被测干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω。答案(1)R1(2)图见解析(3)1.470.76解析(1)题中没有电压表，需将电流表G与定值电阻R3串联，使之相当于电压表，计算可得电压表量程为U＝IG(RG＋R3)＝1.5V，再由电流表A的量程可知，滑动变阻器的电阻最小可调至eq\f(1.5V,0.6A)－1.0Ω－0.10Ω＝1.4Ω，为了电压、电流测量准确，且操作方便，滑动变阻器应选用R1。(2)电路图如图所示。(3)根据闭合电路欧姆定律可得E＝(I1＋I2)r＋I1(R3＋RG)，整理得I1＝－eq\f(r,R3＋RG＋r)I2＋eq\f(E,R3＋RG＋r)。将所给图像延长，与纵轴及横轴相交如下图所示，纵轴截距为b＝1.47×10－3A，斜率大小为k＝eq\f(1.47－1,0.62)×10－3≈0.76×10－3，又由于斜率大小为k＝eq\f(r,R3＋RG＋r)，纵轴截距为b＝eq\f(E,R3＋RG＋r)，代入数据得E≈1.47V，r≈0.76Ω。8．太阳能被誉为是理想的能源，太阳能发电技术被广泛地应用到生产生活中，如图甲的光伏路灯就是利用太阳能发电技术，通过电池组件将太阳能直接转变为电能用以照明。某实验兴趣小组取一片太阳能电池板来验证太阳能电池的发电性能，设计实验电路如图乙所示。主要实验步骤如下：①按设计电路图连接好实物图；②用强度为E0的光照射该电池，闭合开关S，多次调节滑动变阻器R，读出多组电压表和电流表的示数。回答以下问题：(1)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P置于________(选填“a”或“b”)处；(2)根据所读出的每组电压和电流描绘出该电池的U­I图像如图丙所示，已知曲线Ⅰ和曲线Ⅱ一条为依据实验数据描绘的曲线，一条为理论曲线，图丙中依据实验数据描绘出的曲线为________(选填“曲线Ⅰ”或“曲线Ⅱ”)；(3)当滑动变阻器的滑片P由b向左移动时，该电池的内阻先________再________；(均选填“增大”“减小”或“不变”)(4)用强度为E0的光照射该太阳能电池，并将该电池与一定值电阻R0＝4Ω相连接，通过以上实验的数据可得此时该电池在强度为E0的光照射下的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果保留三位有效数字)答案(1)b(2)曲线Ⅱ(3)不变增大(4)2.606.40解析(1)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P置于b处，使刚闭合S时电路的电流最小，以保护实验仪器。(2)由于电压表的分流，电流表测量的电流小于干路总电流，即相同路端电压时，电流实验值较小，所以依据实验数据描绘出的曲线为曲线Ⅱ。(3)根据U＝E－Ir可知，r＝eq\f(E－U,I)，则电源的U­I图像中，图线上某点与图线和纵轴交点的连线的斜率的绝对值即为该点对应的电源内阻大小，当滑动变阻器的滑片P由b向左移动时，外电路电阻减小，电流增加，由题图丙可知该电池的内阻先不变再增大。(4)由题图丙的实验曲线Ⅱ可知纵截距即电池的电动势E＝2.60V，作出定值电阻R0的U­I图线如图，与曲线Ⅱ的交点坐标为U＝1.00V，I＝250mA，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，得r＝6.40Ω。4．能源与可持续发展1．理解能量守恒定律。2.理解能量转移或转化的方向性，了解什么是能量的耗散和品质降低，增强节约能源的意识。3.知道什么是不可再生能源和可再生能源，了解新能源的开发和利用，及其对人们生产、生活的影响。4.认识能源与社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义和要求，增强保护环境的意识。一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eq\x(\s\up1(01))转化为其他形式，或者从一个物体eq\x(\s\up1(02))转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量eq\x(\s\up1(03))保持不变。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eq\x(\s\up1(01))不可逆的。2．能量的耗散(1)定义：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为eq\x(\s\up1(02))内能和eq\x(\s\up1(03))光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的eq\x(\s\up1(04))内能，很难把这些eq\x(\s\up1(05))内能收集起来重新利用。这种现象叫作能量的耗散。(2)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未eq\x(\s\up1(06))减少，但在可利用的品质上eq\x(\s\up1(07))降低了，从eq\x(\s\up1(08))便于利用的能源变成eq\x(\s\up1(09))不便于利用的能源。(3)能量的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eq\x(\s\up1(10))方向性。三能源的分类与应用1．不可再生能源：eq\x(\s\up1(01))煤炭、eq\x(\s\up1(02))石油和eq\x(\s\up1(03))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eq\x(\s\up1(04))化石能源。eq\x(\s\up1(05))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：eq\x(\s\up1(06))水能和eq\x(\s\up1(07))风能等能源，归根结底来源于eq\x(\s\up1(08))太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。3．新能源：eq\x(\s\up1(09))太阳能、水能、风能、eq\x(\s\up1(10))核能。四能源与社会发展1．人类对能源的利用大致经历了eq\x(\s\up1(01))柴薪时期、eq\x(\s\up1(02))煤炭时期、eq\x(\s\up1(03))石油时期。2．环境问题：过度使用化石能源带来的环境问题有eq\x(\s\up1(04))温室效应、eq\x(\s\up1(05))酸雨、eq\x(\s\up1(06))光化学烟雾等。3．可持续发展：核心是追求发展与eq\x(\s\up1(07))资源、eq\x(\s\up1(08))环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。需要树立新的能源安全观，并转变能源的eq\x(\s\up1(09))供需模式。一方面要大力提倡eq\x(\s\up1(10))节能，另一方面要发展eq\x(\s\up1(11))可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的eq\x(\s\up1(12))清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。判一判(1)能源是取之不尽、用之不竭的。()(2)能源是有限的，特别是煤炭、石油、天然气等。()(3)大量消耗化石能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源。()(4)能源开发和利用时，必须考虑到对生态环境的保护。()提示：(1)×(2)√(3)√(4)√探究1能量转移或转化的方向性仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图所示，燃料的化学能能够全部转化为有用的机械能吗？提示：不能。活动2：燃料的化学能有些转化为其他形式的能量，如废气内能、散热损失、机械损失，这些能量能够再全部转化为有用的机械能吗？提示：不能。活动3：废气内能可以再全部转化为燃料的化学能吗？提示：不可以。活动4：能量是守恒的，为什么还要节约能源？提示：能量虽然是守恒的，但是根据上述分析，可以利用的能源会越来越少，所以要节约能源。1．对能量转移或转化的方向性的理解(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。例如，把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。假设达到相同温度的鸡蛋和水能自发地变成原来的温度的热鸡蛋和冷水，那么原来的过程就是可逆的。但事实上这个现象是不可逆的。(2)虽然能量是守恒的，但是，在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。例如，燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。又如，电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。2．能量的耗散(1)认识：其他形式的能转化为环境的内能后，很难把这些内能收集起来重新利用的现象叫作能量耗散。(2)理解①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。②能量的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。能源的利用受这种方向性的制约，所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的。例1(多选)下列对能量的耗散的理解正确的有()A．能量的耗散说明能量在不断减少B．能量的耗散遵守能量守恒定律C．能量的耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性[实践探究](1)能量的耗散导致能量越来越少吗？提示：能量是守恒的，总量不会减少。能量的耗散导致能量可利用的品质降低。(2)能量的耗散反映出什么？提示：能量转化具有方向性，需要节约能源。[规范解答]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周围环境的内能，很难再回收利用，这种现象叫能量的耗散。能量的耗散并不违背能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量转化的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。[答案]BD规律点拨(1)能量的耗散是高品质能量向低品质能量转化的过程。(2)能量的耗散是指能量的可利用程度降低。[变式训练1]下列现象属于能量的耗散的是()A．利用水流能发电转化为电能B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C．电池的化学能转化为电能D．火炉把房子烤暖答案D解析能量的耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中很难重新收集并加以利用的现象，转化为能够重新收集并加以利用的能不属于能量的耗散。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等，故不属于能量的耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，很难重新收集并加以利用，属于能量的耗散。故D正确。探究2能源的分类与应用能源与社会发展仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：人类社会能离开能源吗？提示：人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展离不开能源。活动2：能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？提示：会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。活动3：为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？提示：因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。1．能源的分类能源分类方法能源分类名称特点举例按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生分可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境污染情况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能非清洁能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)2.开发新能源常规能源的有限和其对环境的污染，都促使人类加紧新型能源的开发和利用，这些新型能源如水能、太阳能、风能、核能等的优点是能量丰富，环境污染小。(1)太阳能发电：太阳能是一种清洁能源，太阳能的利用对环境的影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能。(2)水力发电：水能是可再生能源，水电对环境的影响比火电小，发电成本低。(3)风能发电：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”。我国风力资源丰富，尤其是西北、华北、华东、西南地区。(4)核能发电：蕴藏在原子核内部的能量，也是一种重要的新能源。核电站就是利用可控核裂变来发电的。3．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，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。(2)能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步。4．能源与环境化石能源的资源有限，而且对环境有很大的破坏。(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此加剧了温室效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升……(2)酸雨：石油和煤炭中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。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。这些物质有毒，能引起人的多种疾病。(4)燃烧时产生的浮尘也是主要的污染物。5．可持续发展(1)核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。(2)要求：树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。例2关于开发能源和节约能源，你认为以下观点错误的是()A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现C．能源的开发利用，必须同时考虑对环境的影响D．利用核能是目前开发新能源的一种有效途径[实践探究]能量是守恒的，因此可以无节制地利用各种能源吗？提示：不能。能量的耗散会导致能量品质降低，不加节制地利用能源也会造成环境和安全问题。[规范解答]能量虽然守恒，但在利用过程中，其形式在不断向低品质转化，可见能源是有限的。在利用能源的同时，还应注意保持与环境的平衡，应选B。[答案]B规律点拨能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少。(2)能源是可以提供可利用能量的物质。因为能量的耗散，能源会逐渐减少，所以要节约能源和开发新能源。[变式训练2]某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)答案2.1×1013J2.4×103t解析设该市在夏季节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h＝2.1×1013J设1年内节约的标准煤的质量为m，有2.92×107J/kg×m×30%＝E解得m＝2.4×103t。1．(综合)能源利用的过程实质上是()A．能量的消失过程B．能量的创造过程C．能量的转化和转移过程D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程答案C解析能源利用的过程是做功或传热的过程，前者是能量的转化，后者是能量的转移，故C正确。2．(能量转移或转化的方向性)(多选)下列关于能量的耗散的说法，正确的是()A．能量的耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量的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，是能够自动全额发生的D．能量的耗散导致能量品质的降低答案BCD解析能量的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A错误，D正确；耗散的内能无法再被利用，B正确；各种形式的能向内能的转化，是能够自动全额发生的，C正确。3．(综合)(多选)下面关于能源的说法中正确的是()A．一切能源是取之不尽，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错误，B正确；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C正确，D错误。4．(能源和环境)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有()A．禁止使用煤、石油和天然气B．开发利用核能、太阳能C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气D．植树造林答案BD解析为了减缓大气中CO2浓度的增加，可行且有效的措施是开发新型能源以减少对常规能源的利用，减少CO2的排放，A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确。5．(节约能源)现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式。下列做法不符合节能要求的是()A．电脑使用完毕后关机并切断电源B．电视机长时间处于待机状态C．长时间外出需要切断热水器电源D．手机充电结束后拔掉充电器答案B解析电脑使用完毕后关机并切断电源，长时间外出需要切断热水器电源，手机充电结束后拔掉充电器，这三种做法符合节能要求，电视机在待机状态也要消耗电能，电视机长时间处于待机状态不符合节能要求。故选B。6.(风力发电)如图所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107MW(1MW＝106W)，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105MW。2012年7月4日装机容量达到2240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是()A．风力发电是把风的内能转化为电能B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量C．风力发电过程