高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展导学案，共8页。


一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，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。
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不可逆的。
2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。
3．节约能源的根本原因：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，即从便于利用的能源变为不便于利用的能源。
4．自然界中的宏观过程具有方向性。
三、能源的分类与应用
1．能源的分类
(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源，也叫化石能源。
(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。
2．我国可再生能源的开发
(1)太阳能发电；(2)水力发电；(3)风能发电；(4)核能发电。
四、能源与社会发展
1．人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
2．利用不可再生能源带来的危害
(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。
(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。
(3)产生光化学烟雾，产生浮尘。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量的增多。(√)
(2)煤炭、石油和天然气都属于化石能源。(√)
(3)在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。(×)
(4)冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。(×)
2．下列供热方式最有利于环境保护的是 ( )
A．用煤做燃料供热
B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热
D．用太阳能灶供热
D [煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧得不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D。]
3．关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了
D [化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错误；能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错误，D项正确。]
1．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
2．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
3．应用能量转化与守恒解题的步骤
(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
(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)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
【例1】 如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为 ( )
A．eq \f(1,16)mgh B．eq \f(1,8)mgh
C．eq \f(1,4)mgh D．eq \f(1,2)mgh
A [去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧eq \f(1,2)h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝eq \f(1,8)mg·eq \f(1,2)h＝eq \f(1,16)mgh，故A正确。]
利用能量转化与转移解题的两点注意
(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。
(2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。
1．(多选)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火焰；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
AD [这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，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正确。四个物体的运动过程中，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成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确。 ]
1．如何正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2．能源的分类
【例2】 (多选)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．能量耗散导致能量品质的降低
BCD [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，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能无法再被利用，选项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，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。故选B、C、D。]
能量耗散不仅遵循能量守恒定律，而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。
2．(多选)下列关于能源的说法正确的是( )
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
BC [尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错。]
1．下列说法正确的是 ( )
A．能就是功，功就是能
B．外力对物体做功越多，这个物体的能量就越大
C．外力对物体不做功，这个物体就没有能量
D．能量转化的多少可以用做功的多少来量度
D [功和能是两个不同的概念，外力对物体做功的多少只是说明了能量转化的多少，而不能说明物体能量的多少，外力对物体不做功不能说明物体没有能量，A、B、C错误；功是能量转化的量度，D正确。]
2．(多选)下列关于能源的说法正确的是( )
A．石油、天然气都属于新能源
B．能量耗散不遵循能量守恒定律
C．能量耗散会导致能量品质的降低
D．为了可持续发展，必须节约能源
CD [石油、天然气属于常规能源，A项错误；能量耗散同样遵循能量守恒定律，但能量耗散导致能量品质降低，B项错误，C项正确；因可用能源正在减少，故为了可持续发展，必须节约能源，D项正确．]
3．(多选)关于能量耗散，下列说法正确的是( )
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性
C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了
D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性
CD [能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故选C、D。]
4．水平地面上平放着一根长为L、质量为M的匀质棒，把它的一端匀速抬高H(H≪L)，假设用手直接作用于棒端抬高时手做功W1，用一根弹簧钩住棒端抬至同样高度时手做功W2，则 ( )
A．W1＝W2
B．W1＞W2
C．W1＜W2
D．不确定W1与W2之间的关系
C [手直接作用于棒的一端时手做功W1＝ΔEpG，用弹簧钩住升高相同高度时手做功W2＝ΔEpG＋ΔEp弹，显然W1＜W2，C正确。]
能量守恒定律的理解和应用
能源和可持续发展
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
按形式或转换特点分
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
已大规模正常使用
煤、石油、天然气、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
可循环使用
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
污染能源
会严重污染环境
化石燃料(煤、石油、天然气)
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.能量守恒定律的内容。
2．自然界中能量耗散过程中具有方向性。
3．能量利用过程中品质降低。
4．新能源的开发和利用。