高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展教课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展教课ppt课件，共38页。PPT课件主要包含了课前自主学习，永动机，自然现象，保持不变，能源短缺，环境恶化，没有减少，不便于，方向性，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。

一、能量守恒定律的应用1.导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是:确认了_______的不可能性和发现了各种_________之间的相互联系和转化。2.内容:能量既不会凭空_____,也不会凭空_____,它只能从一种形式_____为另一种形式,或者从一个物体_____到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量_________。这就是能量守恒定律。
二、能源的分类与应用1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即_____时期、_____时期、_____时期。自工业革命以来,___和_____成为人类的主要能源。2._________和_________已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。3.燃料燃烧时,一旦把自己的热量释放出去,就不会再次_____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,我们无法把这些内能收集起来重新利用,这种现象叫作能量的耗散。
4.能量耗散表明,在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上_________,但在可利用的品质上_____了,从便于利用的变成____________的了。这是能源危机的深层次的含意,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。5.能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的_______。
主题一 能量守恒定律的应用【生活情境】有人设计了这样一台“永动机”,距地面一定高度架设一个水槽,水从槽底的管中流出,冲击一个水轮机,水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮,他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去,这样循环不已,机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(如图)。
【问题探究】(1)高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能?提示:高处水槽中水的势能转化为水的动能和砂轮的动能。(2)这个机器可能永远运动下去吗?提示:不能,原因是水被抽到高处还需要消耗能量。(3)促使能量守恒定律最终确立的重要事实有哪些?提示:发现了各种自然现象之间的相互联系和转化,确认了永动机不可能制成。
【结论生成】1.能量守恒定律的表达式:(物理观念)(1)E初=E终。(2)ΔE增=ΔE减。
2.对能量守恒定律的理解:(物理观念)(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)各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件,而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。
(4)意义:能量守恒定律的发现,使人们进一步认识到,任何一部机器,只要对外做功,都要消耗能量,都只能使能量从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而不能无中生有地创造能量。不消耗能量,却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的。
【典例示范】(多选)下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是(　　)A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式能量的增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
【解析】选A、B、C。A选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。第一类永动机是不可能制成的,因为它违背了能量守恒定律。所以A、B、C正确。D选项中石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,能量守恒定律表明能量既不会创生,也不会消失,故D是错误的。
【素养训练】1.下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是(　　)A.高山上滚下的石块越来越快,说明重力势能转化为动能B.酒精燃烧时,将化学能转化为内能C.发电机发电时,将机械能转化为电能D.人们对太阳能的开发和利用,说明能量可以凭空产生
【解析】选D。高山上滚下的石块运动得越来越快,说明动能越来越大,是重力势能转化为动能的结果,选项A说法正确;酒精燃烧时,酒精的化学能转化为内能,选项B说法正确;发电机发电时,把机械能转化为电能,选项C说法正确;太阳能是太阳内部发生轻核聚变而向外辐射的能量,太阳能并不是凭空产生的,选项D说法错误。
2.下列哪些现象属于能量耗散(　　)A.利用水流能发电,将水能转化为电能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
【解析】选D。能量耗散是指其他形式的能转化为内能,最终分散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象,若转化为的是能够重新收集并加以利用的能量,则不能称为能量耗散。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用,故A、B、C中现象不能算能量耗散。火炉把房子烤暖是使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中,内能无法重新收集并加以利用,是能量耗散,故选D。
主题二 能源的分类与应用【生活情境】 图1是参加比赛的撑杆跳高运动员,图2是火箭发射的过程,图3是原子弹爆炸产生的蘑菇云。
【问题探究】(1)图1中参加撑杆跳高比赛的运动员从起跑到跨越横杆过程中具有什么形式的能?提示:撑杆跳高比赛的运动员因运动而具有动能,跳跃到空中而有了重力势能,撑杆由于被压弯而储存了弹性势能。(2)火箭点火升空过程中包含什么形式的能?提示:火箭发动机需要的燃料内储存着化学能,燃料燃烧释放出内能,火箭加速上升过程中火箭具有机械能。(3)原子弹爆炸过程中包含什么形式的能?提示:铀原子结构发生变化释放出核能。
【结论生成】1.能量的形式:(1)常规能源和新能源:①常规能源:人类利用多年且广泛使用的能源,如煤、石油、电能等;②新能源:新近才开始使用的可以重复使用的能源,如太阳能、地热能、潮汐能。(2)一次能源和二次能源:直接来自自然界而未经加工转换的能源,例如化石燃料、太阳能、水能、生物燃料;二次能源:由一次能源直接或间接转换而来的能源:煤气、氢能、电能、汽油、沼气。
(3)可再生能源和不可再生能源:①太阳能、水能、风能、生物质能、海洋能等在自然界可循环再生的能源,称为可再生能源;②煤、石油、天然气、页岩油等在自然界中经过亿万年形成,短期内无法恢复的能源,称为不可再生能源。
2.新能源和常规能源的区别:常规能源又称传统能源,如已经大规模生产和广泛利用的煤炭、石油、天然气等能源,新能源是在新技术的基础上系统地开发利用的可再生能源,如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能、氢能等。
【典例示范】下列关于能源的说法正确的是(　　)A.石油、天然气、核能都是新能源B.新能源是指新开采出来的能源C.一次能源是直接来源于自然界的能源D.石油是可再生能源
【解析】选C。石油、天然气属于常规能源,不是新能源,故A错误;新能源是指新近才开始使用的可以重复使用的能源,故B错误;一次能源是直接来自自然界而未经加工转换的能源,如石油,故C正确,石油属于化石能源,不可再生,故D错误。
【素养训练】1.为缓解电力紧张的状况,某省正在加大核电站的建设。下列说法正确的是(　　)A.核电站将核能最终转化为电能B.核反应堆中发生的是不可控制的核裂变C.核能发电使用的燃料是天然气D.核电站利用的核能属于可再生能源
【解题指南】解答本题应注意两点:(1)核电站是在核反应堆中利用可控的核裂变来进行工作,最终将核能转化为电能的。(2)从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源;一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源。
【解析】选A。核电站先将核能转化为内能,再通过汽轮机将内能转化为机械能,再通过发电机将机械能转化为电能,故A正确;核反应堆中发生的是可控的核裂变,故B错误;核电站使用的就是核燃料,而不是天然气,故C错误;核能在地球上的储量是有限的,消耗后不可能再生,属于不可再生能源,故D错误。
2.(多选)关于能源的利用,下列说法正确的是(　　)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】选B、C、D。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保持不变,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,选项A错误,B、C、D正确。
1.如图所示设施中,用于发电的能源属于可再生能源的是(　　) A.风能和水能　　　　　　　B.风能和煤的化学能C.风能和核能 D.煤的化学能和核能
【解析】选A。风能、水能从自然界里源源不断地得到补充,属于可再生能源,故A正确;煤的化学能不能短时期内从自然界得到补充,属于不可再生能源,故B错误;核能不能短时期内从自然界得到补充,属于不可再生能源,故C错误;煤的化学能、核能不能短时期内从自然界得到补充,属于不可再生能源,故D错误。
2.目前,共享单车作为绿色出行的交通工具,成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁,车锁内集成了GPS模块与联网模块等,这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能:甲车靠小型发电机——踩动单车时,线圈在磁场中转动,产生电能,如图1所示;乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时,产生电能,如图2所示。这两种共享单车获取电能时,都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化,下列说法中正确的是(　　)
A.都是把机械能转化为电能B.都是把光能转化为电能C.甲车把机械能转化为电能,乙车把光能转化为电能D.甲车把光能转化为电能,乙车把机械能转化为电能
【解析】选C。甲车靠小型发电机——踩动单车时,线圈在磁场中转动,产生电能,故是将机械能转化为电能;乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时,产生电能,故是光能转化为电能;故A、B、D错误,C正确。
3.热现象过程中不可避免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流散的能量重新收集利用。关于能量的耗散,下列说法中正确的是　(　　)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,在可利用的品质上降低了D.以上说法都不对
【解析】选C。能量不能凭空产生,也不能凭空消失,能量耗散的过程中总的能量是守恒的,但是在能源的利用过程中,能量向品质低的大气内能转变,即在可利用的品质上降低了,选项A、B、D错误,C正确。
4.风能是一种很好的可再生能源,而且对环境的污染较小,近年来我国在西北地区建立了许多风力发电厂。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知:空气的密度为ρ,风轮机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机最大输出电功率为P,求此过程中:(1)单位时间每台风力发电机获得风能的表达式;(2)风力发电机利用风能的效率表达式。