第五章 第3-4节 能量的转化与守恒 能源与环境-【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 第三节　能量的转化与守恒 第四节　能源与环境 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 1．知道自然界各种形式的能量可以相互转化，知道能量转化(转移)的方向性. 2．理解能量守恒定律. 3．知道能源的分类，知道能源的利用对环境的影响. 4．知道环境污染的危害和环境保护的方式方法. 3 课前自主学习 一　各种各样的能量　能量的转化和转移 1．各种各样的能量 能量形式 含义 示例 机械能 机械能是与物体的__________或位置高度、________相关的能量，可以表现为动能，也可以表现为势能 行驶的汽车、被拉开的弓、声音等 内能 物质中分子的动能和势能总和 自然界的一切物质 电能 电能是与电有关的能量 工作中的发电机、电池等 电磁能 ___________所具有的能量 无线电波、可见光、紫外线、红外线等 核能 通过核反应（核裂变或核聚变）由原子核释放的能量 原子弹、氢弹等 化学能 发生化学变化时释放出来的能量 石油、煤、天然气等 运动 形变 电磁场 课前自主学习 5 2．能量的转化和转移 不同形式的能量可以相互转化： (1)水力发电→水的机械能转化为_____能；电动机→电能转化为机械能. (2)化学电池充电→电能转化为________能；化学电池使用→化学能转化为_____能. (3)光合作用→光能转化为化学能；树木燃烧→化学能转化为_______能和_____能. 电 化学 电 光 内 课前自主学习 6 二　能量守恒定律 能量既不会凭空________ ，也不会凭空________ ，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中其总________. 三　能量转化（转移）的方向性 1．热传导过程是有方向性的.热量从高温物体向低温物体的热传导过程能________进行，而相反方向的过程不能自发进行. 2．机械能全部转化为内能的过程能________进行，而内能全部转化为机械能的过程不能自发进行. 3．在自然界的一切自发过程中，能量的转化（转移）都是有________性的，但都不违反________________. 产生 消失 转化 转移 不变 自发 自发 方向性 能量守恒定律. 课前自主学习 7 四　能源的分类 1．可再生能源：能够在短期内重新形成的或循环利用的能源.如___________、风能、水能、地热能等. 2．不可再生能源：短期内不可以再次得到、一旦利用了就很难或者不能再次得到的能源.如_________、_________、天然气等. 太阳能 石油 煤炭 课前自主学习 8 五　能源与环境 1．能源的利用对环境的影响 (1)对大气环境的影响 能源开发利用排出的有害气体改变原有空气的组成，引起污染，造成全球气候变化.化石燃料的开采、运输、加工、转换和利用都会污染大气环境. (2)对生态环境的影响 不合理开发利用能源造成生态环境破坏，随意砍伐森林、过度开采矿产造成生物多样性减少、水土流失以及土地荒漠化. (3)对居住环境的影响 能源开发利用导致人类生存环境的恶化，如空气能见度低、引起酸雨进而腐蚀建筑，抑制植物生长、间接加剧温室效应等. 课前自主学习 9 2．环境保护 在生产、生活中注意从以下方面保护环境： (1)防治____________和生活的污染. (2)防止__________和开发的破坏. (3)保护自然环境. 生产 建设 课前自主学习 10 提示 判一判 (1)人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造.(　　) (2)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源. (　　) (3)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体.(　　) (4)核能属于新能源，所以是可再生能源.(　　) (5)大量消耗化石能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源.(　　) (6)能源开发和利用时，必须考虑到对生态环境的保护.(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　 课前自主学习 11 课堂探究评价 课堂任务1 　能量的转化与守恒 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”. 课堂探究评价 13 提示 活动1：除了我们已学过的机械能、电能和核能，自然界中还存在着不同形式的能量.请同学们尝试进行列举. 提示：　 能量形式 含义 示例 内能 物质中分子的动能和势能总和 自然界的一切物质 电磁能 电磁场所具有的能量 无线电波、可见光、紫外线、红外线等 化学能 发生化学反应时释放出来的能量 石油、煤、天然气等 课堂探究评价 14 提示 活动2：如图所示是太阳能转化为其他形式能量的过程示意图.简要写出太阳能转化为其他形式能量的过程. 提示：河水吸收太阳能使水蒸发上升形成云，太阳能转化为水蒸气的势能；降雨过程，水的一部分势能转化为雨滴降落的动能，降到上游的水还具有一部分势能；水从高处流向低处过程中，通过发电机将水的机械能转化为电能，又通过电动机将电能转化为机械能；化学电池在充电过程中将电能转化为化学能，使用时又将化学能转化为电能；树木利用光能制造化合物，储存化学能，燃烧时又将化学能转化为光能和内能.　 课堂探究评价 15 提示 活动3：流动的水驱动水力发电站的发电机发电时，水损失的动能全部转化为电能吗？ 活动4：树木燃烧时，释放的内能和光能，可以再全部转化为树木的化学能吗？ 提示：不能.因为有克服阻力做的功等其他能量损耗.　 提示：不能. 课堂探究评价 16 1．能量的存在形式及相互转化、能量守恒 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁辐射能、化学能、核能等. (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化.例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能. (3)能量转化或转移的过程总量不变，即能量守恒. 课堂探究评价 17 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等. (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等. 3．对能量转移或转化的方向性的理解 (1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的. 例如，把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同，假设达到相同温度的鸡蛋和水能自发地变成原来的温度的热鸡蛋和冷水，那么原来的过程就是可逆的.但事实上这个现象是不可逆的. 课堂探究评价 18 (2)虽然能量是守恒的，但是，在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能. 例如，燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用.又如，电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新 利用. 课堂探究评价 19 例1　(多选)下列对能量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．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 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 答案 课堂探究评价 20 提示 题目中的永动机为什么不能制造成功？ 提示：违反了能量守恒定律.　 规范解答 规范解答　根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加，A、B正确.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确.石子在运动和碰撞中，机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误. 课堂探究评价 21 [变式训练1]　下列过程可以自发进行的是(　　) A．一杯水自动分层形成温度不同的部分 B．夏天关掉空调，室温也可能自动降低 C．由于稀薄空气的阻力，卫星的轨道高度逐渐降低 D．灯泡散发的光和热，自发地转化为灯丝的电能 答案 解析 解析　 A、B、D三项均需要借助外界的作用，才能发生，故A、B、D错误；C项可以自发地进行，C正确. 课堂探究评价 22 课堂任务2 　能源的分类　能源与环境 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”. 课堂探究评价 23 提示 活动1：能源的分类标准有哪些？ 活动2：能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？ 活动3：为什么要开发新能源？ 提示：按能源的基本形态分类，按能源消耗后是否造成环境污染分类，按能源的使用类型分类.　 提示：会的，如大气污染、温室效应、酸雨等. 提示：因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源. 课堂探究评价 24 1．能源的分类 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按基本形态分 一次能源 天然存在 煤炭、太阳能、地热能 二次能源 人工制造 电能、煤气、石油、液化气 按可否再生分 可再生能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 煤炭、石油、天然气、核燃料 课堂探究评价 25 按能源消耗后是否造成环境污染分类 清洁型能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能、核能 污染型能源 会严重污染环境 化石燃料（煤炭、石油、天然气） 按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气 新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、风能 课堂探究评价 26 2．能源与环境 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，而由能源开发利用所造成的环境污染，则是导致环境问题日益严重的主要原因. 对大气环境的影响：能源开发利用排出的有害气体可以改变原有空气的组成，并引起污染，造成全球气候变化. 对生态环境的影响：不合理开发利用能源造成的生态环境破坏主要有对动植物、微生物、土地、海洋、河流水分等天然物质要素的破坏，以及对地面、地下的各种建筑物和相关设施等人工物质要素的负面影响. 对居住环境的影响：能源开发利用干扰了人类生活的空间场所，造成居住环境偏离人们理想中的居住环境，甚至导致人类生存环境的恶化. 课堂探究评价 27 3．环境污染的危害 (1)温室效应、酸雨和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应.这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到，然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步. (2)环境污染最直接、最容易被人感受到的后果是使人类生存环境质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动.严重的污染事件不仅带来健康问题，也影响社会稳定. (3)环境污染问题在全球范围内普遍存在，并随着经济和贸易的全球化日益呈现国际化趋势. 课堂探究评价 28 4．环境保护 环境科技已成为人们促进可持续发展的重要手段之一，遥感技术、核技术、高梯度磁分离技术、活性炭技术、生物工程技术等新技术在环境保护中的广泛应用，为环境问题的解决提供了有效途径. 课堂探究评价 例2　关于开发能源和节约能源，你认为以下观点错误的是(　　) A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现 C．能源的开发利用，必须同时考虑对环境的影响 D．利用核能是目前开发新能源的一种有效途径 答案 课堂探究评价 30 提示 能量是守恒的，因此可以无节制地利用各种能源吗？ 提示：不能.能量的转化有方向性，不加节制地利用能源也会造成环境和安全问题.　 规范解答 规范解答　能量虽然守恒，但在利用过程中，转化效率不断降低，可见能源是有限的.在利用能源的同时，还应注意保持与环境的平衡，应选B. 课堂探究评价 31 规律点拨 能量与能源的区别 (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能量的物质.因为能量在被利用的过程中，可利用的效率不断下降，所以能源会逐渐减少，因此要节约能源和开发新能源. 课堂探究评价 [变式训练2]　(多选)关于能源的利用，下列说法中正确的是(　　) A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能的开发在我国并不十分 重要 B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移的过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能 答案 课堂探究评价 33 解析 解析　目前人类使用的能源主要的仍是煤、石油和天然气.燃料燃烧时，化学能转化为内能，内能又可转化成机械能和电能.人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能，以供利用.所以，能源的利用过程实质上是能的转化和转移的过程.我国的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，所以开发和利用新能源，是解决能源问题的出路.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能，即间接来自太阳能.因此在这四个说法中，A错误，B、C、D正确. 课堂探究评价 34 课后课时作业 1．(能源与能量)能源利用的过程实质上是(　　) A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量的转化和转移过程 D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程 答案 解析 解析　能源利用的过程是做功或传热的过程，前者是能量的转化，后者是能量的转移，故C正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 答案 2．(能源与能量)可燃冰是一种天然气水合物的俗称，每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷.可燃冰虽好，但开采不易.2017年我国突破了这一开采技术.那么可燃冰所含有的能量形式是(　　) A．核能 B．化学能 C．风能 D．太阳能 解析 解析　可燃冰在燃烧的时候发生化学反应，释放出内能，故可燃冰含有化学能，故B正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 3．(能源的分类)下列说法正确的是(　　) A．日常生活中使用的煤气是一次能源 B．2011年3月福岛核事故发生之后，核污染一直危害着海洋生态，所以核能是污染型能源 C．潮汐能是新型能源，应当大力发展 D．核能属于可再生能源 答案 解析 解析　煤气属于二次能源，A错误；核污染极少发生，因此相对于煤炭、石油等，核能属于清洁能源，故B错误；潮汐能属于新型能源，是能源开发利用热点之一，应大力发展，C正确；核能属于不可再生能源，D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 答案 4．(能源和环境)(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是(　　) A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应” B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应” C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化 D．“温室效应”使得土壤酸化 解析 解析　“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升等，故B、C正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 答案 5．(能源和环境)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有 (　　) A．禁止使用煤、石油和天然气 B．开发利用核能、太阳能 C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D．植树造林 解析 解析　为了减缓大气中CO2浓度的增加，可行且有效的措施是开发新型能源以减少对常规能源的利用，减少CO2的排放，A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 6．(能量转移或转化的方向性)关于能量转化的过程，下列说法中正确的是 (　　) A．凡是能量守恒的过程就一定会发生 B．根据能量守恒定律，所以根本不会有能源危机 C．空调能制冷又能制热，所以热传递不存在方向性 D．摩擦生热的过程是不可逆过程 答案 解析 解析　各种物理过程能量是守恒的，但是自然界的宏观过程具有方向性，故A错误；虽然总能量守恒，但随着能量转化，能源中能量可以利用的效率降低了，所以会有能源危机，故B错误；空调机既能制热又能制冷，但是要耗电，即热传递有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，故C错误；因为机械能向内能的转化过程具有方向性，所以通过摩擦生热是不可逆过程，故D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 7．(综合)(多选)下面关于能源的说法中正确的是(　　) 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 答案 解析 解析　尽管能量守恒，但散失的内能无法重新收集利用，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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 8． (能源与环境)(2022·湖南省天壹名校联盟高二上 期中)2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预 定轨道，如图所示，卫星两翼的太阳能电池板把太阳能 转化为电能供卫星使用.关于太阳能等能源与可持续发展， 以下说法正确的是（　　） A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源可以改善空气质量 B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析 解析　要想改善空气质量，就应该从根本上减少 碳排放量，用新能源替代传统的化石能源，可以节能 减排，A正确；能量是守恒的，既不会凭空产生，也 不会凭空消失，但能量在被利用的过程中，可利用的 效率不断下降，故要节约能源，B错误；由于水下落 过程以及发电机装置运行时都会产生摩擦，故水电站里的发电机装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 9．(综合)(多选)对于能量和能源，下列表述正确的是(　　) A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约自然界中的能源 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量可利用效率降低了 C．自然界中的能量转移和转化是有方向性的 D．现在人类在不断地开发和利用一些新能源，由此可见能量是可以被创造的 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析 解析　人类在能源利用过程中，由于能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量可利用效率降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知能量是不可能被创造的，故D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 10．(能源和环境)有经验的柴油机维修师傅不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能.关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是(　　) A．尾气的温度越高，柴油机越节能 B．尾气的温度越低，柴油机越节能 C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关 D．以上说法均不正确 答案 解析 解析　柴油燃烧释放出的化学能，一部分转化为柴油机的机械能，剩余部分克服阻力做功和以热量形式排出，因此尾气的温度越低，说明剩余能量越少，柴油机越节能，故B正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 11．(综合)我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法.潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主. (1)下图是某类潮汐发电示意图.涨潮时开闸门，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门.当落潮时，开闸门放水发电.设海湾水库的面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，水的密度为1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，则一天内发电的平均功率约为　　　　（填选项前的字母）. A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW 答案 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 (2)如图所示为双水库潮汐电站原理示意图. 两个水库之间始终保持着水位差，可以全天发电.涨潮时，闸门的开关情况是　　　____________；落潮时，闸门的开关情况是____________.从能量的角度说，该电站是将海水的_____________转化为水轮机的动能，再推动发电机发电的. 答案 A关、B开 B关、A开 重力势能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　(1)涨落潮一次水减少的重力势能ΔEp＝mgeq \f(h,2)＝ρShgeq \f(h,2)，一天涨落潮两次，发电两次，转化成的电能E＝2ΔEp×10%，所以P＝eq \f(E,t)≈5.2×104 kW. (2)涨潮时，高水位水库储存水，因此闸门的开关情况为A关、B开；落潮时，低水位水库放水，所以闸门应B关、A开.从能量转化的角度来说，该电站是将海水的重力势能转化为水轮机的动能，再发电. $$