高中物理4 能源与可持续发展教学演示ppt课件

这是一份高中物理4 能源与可持续发展教学演示ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了能量守恒定律，保持不变，永动机，相互联系，微思考，能源与可持续发展，高品质，低品质，天然气，能源及其开发和利用等内容，欢迎下载使用。

预习导学 | 新知领悟
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______ 为其他形式，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__________．
2．建立能量守恒定律的两个重要事实(1)确认了________的不可能性．(2)各种自然现象之间能量的____________与____________．3．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在______________背景下的一种特殊表现形式．
你认为无需任何能源的发电机能被造出来吗？
【答案】不能．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的规律之一，物体间只能发生能量的转化或转移，但总能量不变，任何事物都不可能违背能量守恒定律．发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，这违背了能量守恒定律，因此这种发电机不能被制造出来．
一个盛水袋，某人从侧面缓慢推动装液体的袋壁使它变形至如图所示的位置，则此过程中袋和液体的重心将(　　)A．逐渐升高B．逐渐降低C．先降低再升高D．始终不变【答案】A【解析】人对液体做正功，液体的机械能增加，液体缓慢移动可以认为动能不变，重力势能增加，重心升高，A正确．
1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为__________，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．(2)各种形式的能量向内能的转化，是无序程度______的状态向无序程度__________的状态的转化，是能够______发生、全额发生的．
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有________性．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量________的降低，它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．
2．能源与环境(1)常规能源：人们把煤、__________、__________等化石能源叫作常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源．(2)新能源：主要有________能、生物质能、风能、水能、核能等．(3)环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有________效应、酸雨、光化学烟雾等．
近几年流行一种“自发电电动车”，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？
【答案】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．
煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是(　　)A．都是可再生能源，取之不尽，用之不竭B．都是不可再生能源，用一点，少一点C．都是来自太阳辐射的能量D．都是污染环境的能源【答案】C
【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，C正确，其他选项均错误．
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说明下列能源利用方式中的能量转化过程是怎样的．(1)水力发电；(2)电动水泵抽水；(3)柴油机牵引列车前进；(4)火箭发射人造卫星．
能量守恒定律的理解与应用
【答案】(1)水力发电是将水的机械能转化为电能．(2)电动水泵抽水是将电能转化为水的机械能．(3)柴油机牵引列车前进是将柴油的化学能先转化为内能，再转化为列车的机械能．(4)火箭发射人造卫星是将燃料的化学能转化为卫星的机械能．
3．应用步骤(1)明确研究对象及研究过程．(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化．(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少．(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．
精例1　如图所示，电动机带动水平传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上．若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，求：
(1)小木块的位移；(2)传送带转过的路程；(3)小木块获得的动能；(4)摩擦过程产生的热量；(5)电动机带动传送带匀速转动输出的总能量．
变式1　如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，在这个过程中，求：
(1)小铁块增加的动能；(2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；(4)系统产生的热量．【答案】(1)μmg(l－L)　(2)μmgl　(3)μmgL　(4)μmgL
【解析】画出这一过程中两物体位移示意图，如图所示．
(1)根据动能定理得μmg(l－L)＝ΔEk，即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功．
(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得ΔEkM＝－μmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl．(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL．(4)m、M间相对滑动的位移为L，根据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能．
1．摩擦力做功特点(1)无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，它们都可以做负功或做正功，也可以不做功．(2)互为作用力和反作用力的一对静摩擦力所做的总功为零；而互为作用力和反作用力的一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值．
2．因摩擦而产生的内能的计算Q＝Ff·x相，其中Ff指滑动摩擦力的大小，x相指发生摩擦的物体间的相对位移的大小．
溜溜球是一种流行的健身玩具，具有很浓的趣味性，备受学生的欢迎．溜溜球类似“滚摆”，对称的左右两轮通过固定轴连接(两轮均用透明塑料制成)，轴上套一个可以自由转动的圆筒，圆筒上系一条长约1 m的棉线，玩时手掌向下，用力向正下方掷出溜溜球，当滚到最低处时，轻抖手腕，向上拉一下绳线，溜溜球将返回到你的手上，如图所示．溜溜球在运动过程中能量如何变化？
【答案】溜溜球向下运动时由于重力做正功，动能一定增大，势能转化为动能；溜溜球在上下运动的过程中由于有阻力做功，所以会损失一部分机械能，机械能不守恒，若不及时补充能量则上升的高度会越来越低，因此可在溜溜球运动到最低点时轻抖手腕，向上拉一下绳子，给其补充能量．
(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．
精例2　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．①④C．②③　D．②④【答案】D【解析】煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确．故D正确．
变式2　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，实质是能量的转化和转移过程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【答案】A
【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错误，B、C、D正确．
1．能源的开发和利用要以人为本，要以可持续发展为前提．2．应优先使用新能源，新能源的共同特点：可再生、取之不尽、绿色无污染．
二次能源的产生发电厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能(二次能源)的工厂．19世纪末，随着电力需求的增长，人们开始提出建立电力生产中心的设想．电机制造技术的发展，电能应用范围的扩大，生产对电的需要的迅速增长，发电厂随之应运而生．发电厂有多种发电途径：靠火力发电的称火电厂，靠水力发电的称水电厂，还有些靠太阳能(光伏)和风力与潮汐发电的电厂等．而以核燃料为能源的核电厂已在世界许多国家发挥越来越大的作用．
【专练】　如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了．请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的．
【答案】蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光．
课堂小练 | 素养达成
1．市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)．在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽．该装置的能量转化情况是(　　)A．太阳能→电能→机械能B．太阳能→机械能→电能C．电能→太阳能→机械能D．机械能→太阳能→电能【答案】A
【解析】电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能．
2．(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点，下列说法正确的是(　　)A．可再生能源，取之不尽，用之不竭B．不可再生能源，用一点，少一点C．来自太阳辐射的能量D．污染环境的能源E．正在开发的新能源【答案】BCD
【解析】煤、石油、天然气是不可再生、污染环境的能源，它是由动、植物转化而来的，其来源可追溯到太阳能，故B、C、D正确．
3．某人设计出一款以可乐来发电的概念手机，手机设计的核心是一片生物电池，利用酵素把碳水化合物转化为电力．下列说法正确的是(　　)A．“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能B．“可乐手机”是将电能转化为水和氧气的化学能C．在能量转化过程中，必须摇动手机，否则不发生转化D．“可乐手机”虽然用到了可乐，但是工作过程直接利用了充电后的电能，不存在能量转化问题【答案】A
【解析】“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能，对手机供电，故A正确，B、D错误；“可乐手机”是将可乐的化学能转化为电能，是利用化学反应，不需要摇动手机，故C错误．
4．(多选)下列对能量耗散的理解正确的有(　　)A．能量耗散说明能量在不断减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性【答案】BD