高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展学案及答案

12.4 能源与可持续发展

【学习目标】

1．理解能量守恒定律

2．知道能量转移或转化的方向性

3．知道能量耗散

4．知道能量的分类与应用

5．知道能源与社会发展的关系

【开启新探索】

前面几节课，同学们了解了电路中的能量转化：在电路中，电源将其他形式的能转化为电能，负载又将电能转化为人类需要的内能、光能和机械能……在能量转化过程中遵循什么样的规律呢？

【质疑提升1】能量守恒定律、能量转移或转化的方向性

1.  通过机械能和电路知识的学习，我们知道动能和势能，机械能和内能、电能、光能、机械能之间可以相互转化，并且在转化过程中能量的总和保持不变。阅读课本，理解能量守恒定律。

    能量守恒定律：能量既不会凭空       ，也不会凭空        ，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        或      的过程中，能量的总量保持       。这个规律叫作能量守恒定律。

2.  在自然界所经历的种种变化之中，有一个称为能量的物理量是不变的……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？阅读教材P93说一说你的理解。

【质疑提升2】能源的分类与应用

1. 　依据不同的标准，我们可以将能源进行分类。如化石能源无法在短时间内再生，这类能源称不可再生能源。水能、风能、潮汐能等能源，都来自于太阳能，这些能源在自然界内可以再生，称可再生能源。再如，如果在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低，我们叫做清洁能源，可再生能源都是清洁能源，不可再生能源当中的天然气，清洁煤等也是清洁能源。

　　阅读教材，P95、96，理解能源的分类，并说明我国在能源开发方面取得哪些成就？

【质疑提升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。能源科技的每一次突破，都是里程碑，都带来 了生产力的巨大飞跃和社会的进步。在能源利用的同时，人类也付出了很大的代价：温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘等。能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。阅读课本P97，了解能源与社会发展的关系，理解人类对能源发展的需求和方向。

【素养提升专练】

1．关于能源的利用、能量耗散，下列说法正确的是(　　)

A．因为自然界的能量是守恒的，在能源的利用过程中能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

B．能量耗散说明能量在不断减少，表明能量守恒定律具有一定的局限性

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自发过程具有方向性

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

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．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，不遵守能量守恒定律

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

4.   如图是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出2 m，列车在途中轨道进站前的速度为28.8 km/h。

（1） 此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？ 如果能，到达站台上的速度是多大？g取10 m/s2。

（2） 你认为工程师这样设计的意图是什么？

5.  某地区的风速为14 m/s，空气的密度为1.3 kg/m3。若使风力发电机转动的风通过的截面积为400 m2 ，且风能的20%可转化为电能，则发电功率是多少？

6.  如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103 J/( m2·s)。一台热水器的聚热面积为2 m2，若每天相当于太阳直射热水器4 h，太阳能的20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？