2024-2025学年高中物理第十章热力学定律6能源和可持续发展学案新人教版选修3-3

PAGE5-第六节能源和可持续发展【素养目标定位】※了解什么是能量耗散和品质降低※了解能源与人类社会、环境的关系※了解几种新能源的发展【素养思维脉络】课前预习反馈学问点1能量耗散和品质降低1．能量耗散系统的内能流散到__四周环境中__，没有方法把这些内能__收集__起来加以利用，这种现象叫作能量耗散。2．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。学问点2能源与人类社会发展、环境1．能源能源是指能够供应__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、自然气、水力等。3．能源危机按目前的消耗量，石油、自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干脆污染着地球环境，主要有__温室效应__、__酸雨污染__、__臭氧层__的破坏等。辨析思索『判一判』(1)石油、自然气都属于新能源。(×)(2)能量耗散不遵循能量守恒定律。(×)(3)能量耗散会导致能量品质的降低。(√)(4)为了可持续发展，必需节约能源。(√)(5)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。(√)(6)能量耗散现象反映了在一些特别过程中能量并不守恒，从而导致能源不行再生。(×)『选一选』在探讨性学习的过程中，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(D)A．制作一个内能回收器，将散失在四周环境中的内能全部收回再利用B．独创一种制冷设备，使温度降至肯定零度C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严峻污染了空气，想方法使它们自发地分别，既清洁了空气，又变废为宝D．将房屋顶盖上太阳能板，可干脆用太阳能来解决照明和热水问题解析：系统的内能流失到四周环境中，不行能全部收回再利用，A错；温度不能无限降低，肯定零度不行能达到，B错；扩散现象具有方向性，逆过程不行能自发进行，C错；太阳能可以用来发电和进行加热，D正确。『想一想』如图所示是两幅宣扬节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它事实上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、自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。故能量虽然不会削减但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。课内互动探究探究能源和能源对环境的影响┃┃思索探讨__■如图所示是我国最大的山坡光伏发电站——河北曲阳光伏发电站。太阳能是一种具有良好开发前景的新能源，与常规能源相比它具有哪些优点？提示：光伏发电过程简洁，没有机械传动部件，不消耗燃料，无噪音、无污染，太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。┃┃归纳总结__■1．能源概念、分类(1)概念能源是供应可利用能量的物质。(2)能源的分类能源分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常运用煤、石油、自然气、水能新能源正在开发，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运用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不行再生能源短期内无法转换获得煤、石油、自然气、核燃料按对环境污染状况分清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严峻污染环境化石燃料(煤、石油、自然气)2.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，如两极的冰雪溶化、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峻问题。(2)做好环境爱护工作目前的任务是采纳环境能源技术，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。┃┃典例剖析__■典例(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是(ACD)A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B．依据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．开发和利用能源的同时，必需加强对环境的爱护D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径解题指导：虽然能量是守恒的，但能源会越来越少，所以要节约能源。常规能源的储量有限，且存在环境污染问题，必需开发新能源。解析：能源是有限的，必需合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但运用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必需加强对环境的爱护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。┃┃对点训练__■(2024·山东省潍坊二中高二下学期月考)“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是(A)A．人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不奢侈和人为毁坏物品B．关闭现有的火力发电站C．各地都要兴建水力和风力发电站D．停止运用石油资源，而以核能和太阳能取代解析：受地域环境的限制，风力、水力发电站不能在各地兴建，因而不能关闭火力发电站，故B、C错；受技术限制，核能和太阳能尚未大规模被利用，所以也不能停止运用石油资源，故D错误。核心素养提升能量耗散和品质降低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，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散因而也是无序度更大的能量，没有方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，这样的现象叫作能量耗散。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涉及热现象的宏观过程都具有方向性。2．能量品质的降低能量耗散虽然不会使能量削减，却会导致能量品质的降低，它事实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、自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。案例(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是(BCD)A．能量耗散使能的总量削减，违反了能量守恒定律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四周环境汲取，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；其他形式的能在肯定的条件下可以全部转化为内能，C正确。故选B、C、D。课堂巩固达标1．(2024·江苏省宿迁市宿豫区校级月考)下列说法中正确的是(D)A．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机B．随着低温技术的发展，我们可以使温度渐渐降低，并最终达到肯定零度C．第一类永动机违反热力学第肯定律D．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性解析：由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机，故A错误；肯定零度只能无限接近，不能达到，故B错误；第一类永动机违反能的转化和守恒定律，不能制造出来，不是违反了热力学第肯定律，故C错误；依据热力学其次定律，自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D正确。2．(多选)(2024·福建厦门外国语学校高二下学期检测)煤是重要的能源和化工原料，干脆燃烧既奢侈资源又污染环境。最近，某企业利用“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%)，把煤“吃干榨尽”。下列有关说法中正确的是(ACD)A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学改变和物理改变B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学改变但没有物理改变C．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：煤粉加压气化制备合成气中既有物理改变，又有化学改变，A正确，B错误；该技术使煤得以高效良好利用又环保，C、D正确。3．(2024·山东省济宁市试验中学高二下学期检测)热现象过程中不行避开地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转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(D)A．能量耗散说明能量不守恒B