第十二章 第4节 能源与可持续发展-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第4节 能源与可持续发展 课程标准 核心素养 1．了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。 2．知道不同形式的能量可相互转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。 3．了解可再生资源和不可再生资源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。 4．认识环境污染的危害，了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为 1．物理观念：理解能量守恒定律，知道能量的多种形式，区分可再生资源和不可再生资源。 2．科学思维：利用能量守恒定律解决有关问题。 3．科学态度与责任：关心能源与可持续发展问题，感知我们周围的能源耗散，树立节能意识 　高效导学01步　预习新知，落实必备知识 一、能量守恒定律 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。 二、能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量耗散和品质降低 (1)能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。 (2)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 (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方向性。 三、能源的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源，也叫化石能源。 (2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。 2．能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就。如：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。 四、能源与社会发展 1．人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 2．利用不可再生能源带来的危害 (1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。 (2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。 (3)产生光化学烟雾，产生浮尘。 3．可持续性发展 (1)可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。 (2)需要做好两个方面： ①一方面大力提倡节能； ②另一方面发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产和消费过程中对生态环境污染程度低的清洁能源。 【概念辨析·试身手】 (1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。(　√　) (2)煤炭、石油和天然气都属于化石能源。(　√　) (3)在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。(　×　) (4)冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。(　×　) 　高效导学02步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 能量守恒定律的理解和应用 【要点培优】 1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变。 2．能量守恒定律的适用范围 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。 3．能量守恒定律的表达式 (1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 (2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。 4．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)。 [想一想] 随着人们对生活质量要求的提高，绿色出行已成为一种时尚。当下，各城市的城市公交也都旧貌换新颜，变成了纯电动汽车。如图所示为正在行驶的电动公交车。 探究：(1)电动汽车在行驶过程中，能量是如何进行转化的？ (2)电动机能将电能全部转化为机械能吗？ 提示：(1)电池将储存的化学能转化为电能，通过电流做功，一部分转化为电动机的内能，另一部分转化为电动机的机械能向外输出。 (2)不能，一部分转化为热量散失掉了。 【应用培优】 [例1] 蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω。已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求： (1)电动机内阻消耗的热功率； (2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。 解析：(1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得I＝＝＝50 A 设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1×103 W＝1 kW。 (2)设蓄水总质量为