12.4能源与可持续发展-2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教版2019版必修第三册)

12.4 能源与可持续发展 学习目标：1．了解什么是能量耗散和品质降低。 2．了解能源与人类社会、环境的关系。 3．了解几种新能源的发展。 知识点一、能量守恒定律 1．内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫做能量守恒定律。 2．确立能量守恒定律的两类重要事实 （1）确认了永动机的不可能性； （2）发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 3．意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 【题1】行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；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物理过程是 A．物体的动能转化为其他形式的能 B．物体的势能转化为其他形式的能 C．物体的机械能转化为其他形式的能 D．其他形式的能转化为物体的机械能 【答案】C 【解析】四个运动过程中的能量转化为：汽车制动，动能→内能；流星坠落，重力势能→光能、内能；降落伞匀速下降，重力势能→内能；磁铁穿过线圈，重力势能→电能。 由此可知，四个运动过程中均是物体的机械能转化为其他形式的能，C正确。 【题2】我国人民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子，为人们挡住炎炎烈日，冬天叶子又会全部掉光，使温暖的阳光照入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意，关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法中正确的是 A．树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低 B．树木吸收阳光，使自己温度升高，周围温度降低 C．树木吸收阳光，将阳光的能量转化为化学能，使环境温度变低 D．白天大树将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热 【答案】C 【解析】植物发生光合作用，消耗掉太阳能转化成化学能，根据能量守恒，阳光的能量被转化成化学能，所以树木下会比较凉爽，故C正确。 知识点二、能量转移或转化的方向性 1．能量耗散：自然界中集中度较高（即有序度较高）的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。 2．能量转移或转化的方向性：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方向性。 各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，是能够自动发生、全额发生的，能量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。 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 【题3】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】 【解析】在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错。 【题4】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．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的 D．能量耗散导致能量品质降低 【答案】BCD 【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，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，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。C正确，故选B、C、D。 3．品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。 能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。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。 4．各种形式的能量向内能的转化，都是