第五章 第2节 能源的利用方式-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第三册创新导学案课件PPT（粤教版2019）

第五章　电能与能源的可持续发展 第2节　能源的利用方式 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 1．了解各种能源的开发和利用的现状与前景. 2．会分析、计算简单的水能、风能、太阳能的有关问题. 3 课前自主学习 一　能源的分类 1．化石能源：如石油、煤炭、天然气等. 现状：①给人类带来环境污染.②能源短缺. 2．新能源：如__________、风能、 __________ 、核能等. 二　水能 1．水能指水体的__________ 、 __________ 、压力能等. 广义的水能资源：河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源. 狭义的水能资源：河流的水能资源. 2．水力发电： 3．特点：可再生、无污染. 水能 太阳能 动能 势能 课前自主学习 5 三　风能 1．风力发电： __________能 . 2．特点：清洁、安全、可再生. 四　太阳能 太阳能的利用方式：光热转换、 __________转换、光化学转换. 机械 光电 课前自主学习 6 五　核能 1．核能是核反应中释放的能量， _________和_________是核反应的两种方式. 2．核裂变：由__________的原子核分裂成两个或多个质量较轻的原子核的反应叫作核裂变. 核聚变：由两个质量__________的原子核在一定条件下聚合成一个较重的原子核的反应叫作核聚变. 核裂变 核聚变 质量较重 较轻 课前自主学习 7 提示 判一判 (1)水能的利用主要利用其重力势能，将重力势能转化为水轮机的动能，然后转化为电能.(　　) (2)风力发电是将风能转化为电能.(　　） (3)家庭用的太阳能热水器是将太阳能转化为水的内能.(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)√　 课前自主学习 8 课堂探究评价 课堂任务　能源的利用方式 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”. 课堂探究评价 10 提示 活动1：在当前世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、煤炭、天然气等化石能源.化石能源的使用给人类带来了环境污染和能源短缺的现实压力，使得全世界开始关注新能源，并希望新能源能够克服化石燃料带来的污染和可能出现的能源枯竭问题.请同学们列举一下新能源，并尝试总结新能源的特点. 提示：水能、风能、太阳能、核能、地热能、可燃冰等. 特点：污染小，储量大或可再生.　 课堂探究评价 11 提示 活动2：三峡水电站是目前世界上规模最大的水电站.结合图甲简述水力发电过程中的能量转换. 活动3：如图乙所示是风力发电原理示意图，请简述风力发电工作原理. 提示：通过在天然的河流上修建拦水建筑物，积蓄势能，然后通过引水管道将高位的水引导到低位置的水轮机，使水的势能转变为水轮机的机械能，带动与水轮机同轴的发电机发电，从而实现水能到电能的转换.　 提示：风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风车叶片的机械能，发电机在风车叶片转轴带动下旋转发电，最终经变换器转换成合适的电压送入电网. 课堂探究评价 12 提示 活动4：如图丙所示是太阳能热水器原理示意图，请简述太阳能热水器的工作原理. 提示：太阳能热水器是一种将太阳能转换成热能的加热装置，冷水管通过管道进入太阳能热水器内，流过集热板，集热板能收集太阳能，将太阳能转化为热能，然后把冷水加热，由于冷水的密度比热水的密度大，热水会自动往上升，然后形成一个循环动力，水就在集热板处逐渐升温，达到一定温度后就能进入储热水箱供 热水.　 课堂探究评价 13 1．水能主要利用的是水的势能、动能.水能主要用来发电. 2．风能是因空气流动而提供给人类的一种可利用的能量，是一种清洁、安全、可再生的绿色能源.风能主要用来发电. 3．对太阳能的利用主要有太阳能的光热转换、光电转换和光化学转换三种.太阳能是一种取之不尽、用之不竭且对环境无污染的能源. 4．核能(原子能)是一种储存在原子核内部的能量，原子核发生核反应时，会释放巨大的能量.目前和平利用核能的方式是核裂变.核能主要用来发电，有时也会用来供暖. 课堂探究评价 14 例　潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源.现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为S＝4×106 m2，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为h＝4 m时(以海水流入前的水库水面为参考系)，打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门.等到完全退潮后，开闸放水，再次发电直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电(此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度).由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为(　　) 课堂探究评价 15 A．4×1010 J B．1.5×1010 J C．3×1011 J D．1.5×1011 J 答案 课堂探究评价 16 提示 怎样计算潮汐能发电量？ 提示：E电＝ηE海水.　 规范解答 课堂探究评价 17 [变式训练1]　下列供热方式最有利于环境保护的是（　　） A．用煤炭做燃料供热 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 答案 解析 解析　煤炭、石油、煤气、天然气都属于化石能源，都会对环境产生污染，不利于环境保护；太阳能属于清洁能源，有利于环境保护，故D正确. 课堂探究评价 18 [变式训练2]　 近年来我国建立了许多风力发电厂，如图所示. 某台风力发电机的输出功率为P，输出电压为U，则输电线上的电流 为　　　　. 风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面 积.某台风力发电机风轮机叶片的长度为r，设空气的密度为ρ，气 流速度为v，则在时间t内风轮机可以接收到的最大风能为　　　　. 答案 解析 课堂探究评价 19 课后课时作业 答案 1． (太阳能的利用)市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示).在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意.该装置的能量转化情况是(　　) A．太阳能→电能→机械能 B．太阳能→机械能→电能 C．电能→太阳能→机械能 D．机械能→太阳能→电能 解析 解析　在阳光照射下，小电动机转动，说明太阳能电池板将太阳能转化为电能，在小电动机带动下，小电扇转动，说明电能转化为机械能，故A正确. 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 解析　核电站发电是将核能最终转化为电能发电，故A错误；太阳能发电是将太阳能转化为电能发电，故B错误；风力发电是将空气的动能转化为电能发电，即将机械能转化为电能发电，故C正确；水力发电是将水流的动能和势能转化为电能发电，即将机械能转化为电能发电，故D正确. 答案 2．(能源的利用)(多选)以下几种发电方式中，属于将机械能转化为电能的是 (　　) A．核电站发电 B．太阳能发电 C．风力发电 D．水力发电 解析 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 答案 3．(核能的利用)核电站中，下列能量转换过程正确的是(　　) A．核能→电能 B．核能→内能→电能 C．核能→内能→机械能→电能 D．核能→机械能→内能→电能 解析 解析　根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。故A、B、D错误，C正确. 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 答案 4．(水能的利用)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，用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s.如果通过水轮机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90%转化为电能，按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大数量级最接近(　　) A．1010 W B．108 W C．107 W D．105 W 解析 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 答案 5．(风能的利用)风力发电是一种环保的电能获取方式.某风力发电机的叶片转动形成的圆面积为S，某时间风的速度大小为v，风向恰好跟此圆面垂直；此时空气的密度为ρ，该风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则风力发电机的功率为(　　) 解析 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 答案 6．(太阳能的利用)横截面积S＝3 dm2的圆筒内装有质量m＝0.6 kg的水，被太阳光垂直照射2 min，水的温度升高了1 ℃.设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，且照射到圆筒的太阳能全部转化为水的内能，太阳与地球之间的平均距离为1.5×1011 m，试估算出太阳的全部辐射功率是多少？[已知水的比热容c＝4200 J/（kg·℃），结果保留一位有效数字] 答案　4×1026 W 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 规范解答　根据题意可得电能为E电＝E海水×η＝nmg·eq \f(h,2)×η＝nρ水Shg·eq \f(h,2)×η＝4×1×103×4×106×4×10×eq \f(4,2)×25% J＝3.2×1011 J.故日发电量约为3×1011 J，C正确. eq \f(P,U) eq \f(\a\vs4\al(πρr2v3t),2) 解析　某台风力发电机的输出功率为P，输出电压为U，则输电线上的电流为I＝eq \f(P,U)；在时间t内通过风轮机的最大空气质量为m＝ρvtπr2，时间t内风轮机可以接收到的最大风能为E＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)ρvtπr2·v2＝eq \f(\a\vs4\al(πρr2v3t),2). 解析　平均水位落差约为100 m，单位时间内到达水轮机处水流的最大机械能为E＝mgh＝1×104 m3×1×103 kg/m3×10 m/s2×100 m＝1×1010 J，机械能有90%转化为电能，所以最大发电功率P＝eq \f(0.9E,1 s)＝0.9×1010 W，故A正确，B、C、D错误. A．ηρSv2 B．eq \f(1,2)ηρSv2 C．ηρSv3 D．eq \f(1,2)ηρSv3 解析　时间t内，撞击到叶片转动形成的圆上的空气的动能为Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)ρtSv3，故风力发电机的功率为P＝eq \f(W,t)＝eq \f(ηEk,t)＝eq \f(1,2)ηρSv3，故D正确. 解析　横截面积是3×10－2 m2的圆筒在2 min内吸收的热量为Q＝cmΔt＝4.2×103×0.6×1 J＝2.52×103 J 在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量为 E＝eq \f(Q,St)＝eq \f(2.52×103,3×10－2×120) J＝700 J 每平方米每秒钟射到大气顶层的太阳能总量为E0＝eq \f(E,45%) 太阳辐射的功率为P＝E0·4πr2 代入数据解得P＝4×1026 W. $$