05 4．能源与可持续发展-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

4．能源与可持续发展 【素养目标】　1.掌握能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题。2.了解什么是能量耗散和能源品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。3.了解能量对人类社会发展的重要意义，了解能源的使用和环境污染的关系，增强环境保护和可持续发展的意识。 知识点一　能量守恒定律 [情境导学]　近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？ 提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。 学生用书第117页 (阅读教材P93，完成下列填空) 1．能量之间的转化：做机械运动的物体其动能和势能之间可以相互转化；在电路中，电源将其他形式的能转化为电能，负载将电能转化为内能、光能和机械能…… 2．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。 [问题探究]　飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度可达到1 000摄氏度。 (1)进入大气层一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高。该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ (2)返回舱表面温度越高，内能越大。该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？ 提示：(1)该过程动能增加，势能减小，机械能不守恒。 (2)该过程中机械能向内能转化。根据能量守恒定律可知，机械能和内能的总量不变。 下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 答案：C 解析：A项所述机器违背了能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，而是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停止走动的，D错误。 能量守恒定律的理解与应用 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。　　 针对练1.关于能量转化，下列说法中正确的是(　　) A．对蓄电池充电时化学能转化为电能 B．光合作用把光能转化为化学能 C．人运动是把内能转化为机械能 D．太阳能电池把太阳能转化为内能 答案：B 解析：对蓄电池充电时电能转化为化学能，故A错误；光合作用把光能转化为化学能，故B正确；人运动是把生物能转化为机械能，故C错误；太阳能电池把太阳能转化为化学能，故D错误。 针对练2.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，重力加速度为g，则该过程中产生的内能为(　　) A．mgh B．mgh C．mgh D．mgh 答案：A 解析：去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确。 学生用书第118页 知识点二　能量转移或转化的方向性 [情境导学]　内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？ 提示：虽然能量的总量没有减少，但由于能量转化的方向性，使能量从便于利用的形式转化为不便于利用的形式，导致了可利用的能源减少，因此我们仍要节约能源。 (阅读教材P93－P95，完成下列填空) 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散。 3．能量的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。 [问题探究]　(1)能量耗散是否意味着自然界中的能量逐渐减少？ (2)能源危机主要表现在哪些方面？能源危机的深层含义是什么？ 提示：(1)不是。能量耗散意味着能量在转移和转化过程中可利用性越来越差，但总量保持不变。 (2)能量在可利用的品质上降低了，即变成了不便于利用的能源。能源的利用受方向性的制约。 (2024·山西长治市期末)关于能源、能量，下列说法正确的是(　　) A．能量是守恒的，所以不会发生能源危机 B．能量利用过程中存在能量耗散，说明能量在不断减少 C．能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源 D．能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性 答案：C 解析：能量是守恒的，能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源，会发生能源危机，故A错误，C正确；在自然界中能量是守恒的，能量耗散只是能量从一种形式转化成另一种形式，故B错误；由于能量耗散，能量的转化或转移具有方向性，故D错误。 对“能量的耗散和品质降低”的理解 1．各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。 2．从可被利用的价值来看，内能与机械能、电能等相比较，是一种低品质的能量。由此可知，能量的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，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式。 3．能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。　　 针对练1.(2023·江苏扬州中学期中)在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量的耗散理解正确的是(　　) A．能量的耗散说明能量在不断地减少 B．能量的耗散不遵循能量守恒定律 C．能量的耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失 D．能量的耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 答案：D 解析：能量的耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，故A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化遵循能量守恒定律，所以能量的耗散遵循能量守恒定律，故B错误；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，故C错误；能量的耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。 针对练2.下列对“能量的耗散”理解正确的是(　　) A．能量在转化过程中变少的现象叫作能量的耗散 B．能量的耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 C．能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不断减少，而且可利用的品质降低了 D．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散 答案：D 解析：能量的耗散过程中能量向品质低的能量转变，但是总的能量是守恒的，能量的数量并未减少，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，机械能转化为内能后，我们无法将它们收集起来重新利用，D正确，A、B、C错误。 学生用书第119页 知识点三　能量的分类与应用　能源与社会发展 [情境导学]　仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。 (1)人类社会能离开能源吗？ (2)能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？ (3)为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？ 提示：(1)人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展离不开能源。 (2)会的。如大气污染、温室效应、酸雨等。 (3)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。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。 (阅读教材P95－P98，完成下列填空) 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。 (2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。 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。 3．能源与社会发展 (1)随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 (2)可持续发展 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需要做好两方面：一方面要大力提倡节能；另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。 关于能源的利用和节约，下列说法正确的是(　　 ) A．根据能量守恒定律可知，能源的利用率应该是100% B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关 D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉 答案：D 解析：能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分的总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。 针对练1.关于能源的开发和利用，下列说法中正确的是(　　) A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 学生用书第120页 B.化石能源的能量归根结底来自太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 答案：C 解析：能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，故A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，故B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，能够减少污染，节约能源，故C正确；无论技术先进与否，煤炭资源都不可能取之不尽、用之不竭，故D错误。 针对练2.关于能量和能源，下列说法正确的是(　　) A．由于自然界中的能量是守恒的，所以不需要节约能源 B.在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少 C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 答案：B 解析：虽然自然界中的能量是守恒的，但在能源的使用过程中，能量可利用的品质会下降，所以需要节约能源，故A错误；根据能量守恒定律可知，在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少，故B正确；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故C错误；根据能量守恒定律可知，能量不可以被创造，故D错误。 1．(2023·江苏扬州中学月考)下列关于能源的说法中，正确的是(　　) A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．水能是不可再生能源 答案：A 解析：煤、石油、天然气等属于石化燃料，最初来源可追溯到太阳能，故A正确；能量是守恒的，但能量的品质会降低，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，故B错误；科技进步能提高能源的利用率，更充分地利用有限的能源，故C错误；水能是可以重复利用的，是可再生能源，故D错误。 2．(2024·广东惠州市期末)如图所示，罗浮山飞云顶沿线安装了许多太阳能路灯，太阳能电池板为夜间照明提供能量。下列说法正确的是(　　) A．太阳能属于清洁能源 B．太阳能电池板可以将太阳能100%转化为电能 C．罗浮山飞云顶只有太阳能可以转化为电能 D．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，故节约能源没有必要 答案：A 解析：太阳能属于清洁能源，故A正确；太阳能电池板不可以将太阳能100%转化为电能，故B错误；罗浮山飞云顶除了太阳能可以转化为电能，还有风能可以转化为电能，故C错误；能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，但是会有部分能量不能被回收利用，节约能源还是有必要的，故D错误。 3．(2024·湖南常德一中期末)PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是(　　) A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 B．能量被使用后就消失了，所以要节约资源 C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源 D．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少 答案：C 解析：煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，不可能供人类永久使用，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能等都是可再生资源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量不会减少，只是形式发生了转变，故D错误。 4．(多选)(2024·湖南德成学校期末)下列关于能量转化的说法，正确的是(　　) A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B.在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 C．各种形式的能量在转化时，总能量可能增大，也可能减小 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 答案：AB 解析：能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，A正确；在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的，B正确；自然界中的总能量是守恒的，C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$