12.4能源与可持续发展 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 12.4 能源与可持续发展 制作人：曹译元、唐晓兰 核心素养 物理观念 通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的含义。 感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。 学会应用能量守恒定律解决问题。 探究各种形式的能的转化及守恒定律。 科学思维 科学探究 科学态度与责任 新课导入： 我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能等。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？ 新知讲解： 一、能量守恒定律 1.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，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 2.表达式： （能量守恒定律具有普适性，对宏观与微观世界、高速与低速运动等均成立） (1) E初 ＝ E末 (2) ΔE增 ＝ ΔE减 初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 能量的增加量等于能量的减少量。 新知讲解： 一、能量守恒定律 3.永动机： 自然界一切过程都遵守能量守恒定律。能量守恒定律否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫第一类永动机。 永动机是不可能制成的 1.下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是( ) A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 课堂练习： 2.一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是( ) A.物体机械能不变，内能也不变 B.物体机械能减小，内能不变 C.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小 D.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变 ABC D 新知讲解： 二、能量转化和转移的方向性 思考：既然能量是守恒的，不可能消失，为什么我们还要节约能源？ 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。 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移。 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？ 新知讲解： 二、能量转化和转移的方向性 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。 能量的耗散表面，在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。 能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是有必要节约能源。 ①一次能源：如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等； ②二次能源：如电能、氢能、焦炭等。 新知讲解： 三、能源的分类与应用 1.从使用分类： 2.从能否再生分类： 3.从对环境的影响分类： ①可再生能源：如水能、风能、潮汐能等； ②不可再生能源：如石油、煤等。 ①清洁能源：如太阳能、风能等； ②非清洁能源：如煤、石油、天然气等。 新知讲解： 四、能源与社会发展 人类利用能源大致经历了三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 1.柴薪时期 出现年代：五、六十万年前 火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。 新知讲解： 四、能源与社会发展 人类利用能源大致经历了三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 2.煤炭时期 出现年代：18世纪末 蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。 新知讲解： 四、能源与社会发展 人类利用能源大致经历了三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 3.石油时期 出现年代：19世纪80年代 内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。 3.瀑布从20m高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2) 课堂练习： 解析： 设 t 时间内流下的水的质量为 m 。 以 m 为研究对象，竖直下落后减少的机械能：mgh－mv2 转化为电能的功率为：P ＝ ≈ 1.58×108 W ＝ 1.58×105 kW 4.如图所示为风力发电的情景。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的