高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展优秀课件ppt

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我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？
机械能守恒定律告诉我们，做机械运动的物体具有动能和势能，相互之间可以转化。
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。
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内能、光能和机械能
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？——鸡蛋自然熟？
一、能量转移或转化的方向性
科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
假设达到相同温度的鸡蛋和水能自发地变成原来温度的热鸡蛋和冷水，那么原来的过程就是可逆的。
热量从高温物体（鸡蛋）传给了低温物体（水）是正向的，如果热量再从水传给鸡蛋使鸡蛋的温度升高就是逆向的。
流水带动水磨做功，什么能转化成了什么能？流水的机械能最终将转化为什么能？
重力势能转化为动能 最终转化为环境地内能
把电炉接入电路，电能表转得飞快，表明消耗着电能。这些电能最终将转化为什么能？
在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化为内能，流散到周围的环境中。
能量的耗散表明，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，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是能源危机的深层次的含义，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。
能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的。
流散到周围环境中的能量，一旦释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。
系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源它是现代社会生活的重要物质基础。
①能量是守恒的，既不会增加也不会减少。
②能源是可以提供可利用物质能量的物质，能源的利用过程存在能量耗散现象，能量耗散使得能量品质下降即能源减少，故我们要节约能源。
由一次能源经加工转换而成
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能...
焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能...
新能源：          
正在开发，或有新的利用方式
煤、石油、天然气、水能...
太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能...
不可再生能源：              
水能、风能、生物质能、地热能...
煤、石油、天然气、核燃料...
太阳能、海洋能、风能、水能...
化石燃料（煤、石油、天然气）
2015年年底，我国太阳能光伏发电累计并网容量达到4.158×107 kW。
到2015年中国水电装机总量突破3×108 kW，约占全球水电装机总量的41，居世界第一。
【例题1】三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为 100 m，水的流量约为 1.35×104 m3/s。船只通航需要约 3500 m3/s 的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有 20% 转化为电能。 (1) 按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？ (2) 根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？
解：（1）用于发电的水流量Q＝1.35×104 m3/s －3500 m3/s＝1×104 m3/s
（2）三口之家生活用电的平均功率为0.5kW
可供给用户数人口数N＝3n＝12×106
可以满足12个百万人口城市的生活用电
每秒约有 1×104m3 的水用来发电，每秒用来发电的水质量
m＝ ρV＝ 1×107kg
则发电平均功率约为P＝ mgh×20% ＝ 2×109W
随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。
【例题2】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？
以时间 t 内通过横截面积为 400m2 的空气柱为研究对象
解：在 t 时间内通过横截面积为 400m2 的风能全部使风力发电机转动， 根据能量守恒定律，有： 其中：m＝ρV＝ρvtS， 其动能有20%转化为电能，故发电功率为：
我国的核能发电技术已居于世界领先地位。
常规能源的大量消耗带来的环境问题
两级冰雪融化，海平面上升
温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。
大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。
1943年洛杉矶光化学烟雾事件
氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质—光化学烟雾，主要成分是臭氧。
需要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。
汽车行驶时的功率分配比例
由于各种损耗，74kW的总功率只有9kW到达驱动轮。整俩汽车的总效率仅为13%左右。
思考1：汽油的化学能转化为什么能？
分析：由于散热器、排气管等部件的热损失，大部分化学能转化为内能，一小部分转化为汽车的机械能。
思考2：为什么说汽车给我们的生活带来便利的同时，会给环境带来污染？
分析： 一部分汽油由于蒸发散失在大气中成了化学污染源；排放的废气中主要成分是CO2和水，CO2加剧温室效应，导致全球变暖；废气中还有CO、NO、NO2以及未燃烧的碳氢化合物，这些是有毒物质。
【例题3】93号汽油密度0.725kg/L,汽油的燃烧值是4.6×107J/kg，汽车以80km/h的速度行驶时，百公里油耗约为10L，计算汽车消耗的总功率。
转化：能量可以从一种形式转化为另一种形式
转化的不可逆性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
1、(多选)下面关于能源的说法正确的是 (　　)A.一切能源是取之不尽、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、煤炭大解析:尽管能量守恒,但耗散的内能很难重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错误,B正确;常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大,C正确,D错误。
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很难被人类利用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;耗散的内能很难再被利用,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。