2 第二节 能源的利用方式 第三节 能量的转化与守恒 第四节 能源与环境-【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（粤教版2019）

第二节　能源的利用方式　第三节　能量的转化与守恒 第四节　能源与环境 【素养目标】　1.知道自然界中常见的能源及其利用方式。2.理解能量守恒定律。3.了解能量转化(转移)的方向性。4.知道能源危机和环境污染与每个人息息相关。 知识点一　能源的利用方式　 [情境导学]　煤炭、石油和天然气的全球探明储量：煤炭约10万亿吨、石油约816亿吨、天然气约495亿吨。按照目前的消耗量，石油、天然气大约可再使用50年；煤炭大约可再使用240年。所以我们需要开发新能源，你知道有哪些新能源吗？ 提示：太阳能、风能、核能、生物质能等。 (阅读教材P109－P112完成下列填空) 1．水能：水能是一种能源，是指水体的动能、势能等能量资源。 2．风能：风能是因空气流动而提供给人类的一种可利用的能量。 3．太阳能：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。 4．核能：核能(或称原子能)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。核裂变和核聚变是核反应的两种方式。 [问题探究]　水能、风能、太阳能等能源可以转化为电能，并且在转化过程中对环境污染较小，但是产能往往不可控，配套升级储能是国家战略，你知道哪些储能方案？ 提示：抽水储能、电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容储能、氢储能等。 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爽。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 答案：A 解析：帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故A正确。 如图所示，有关核电站发电过程中的能量转化情况，下列说法正确是(　　) A．发电机是将电能转化为机械能 B．汽轮机是将内能转化为机械能 C．核电站是利用核聚变释放的核能 D．核电站是利用化学反应释放的核能 答案：B 解析：发电机将机械能转化为电能，故A错误；汽轮机将内能转化为机械能，故B正确；核电站利用的是核裂变释放的核能，故C、D错误。 学生用书↓第124页 知识点二　能量的转化与守恒 [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，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。 (阅读教材P114－P116完成下列填空) 1．能量的转化和转移 能量的存在形式多种多样，而且不同形式的能量可以相互转化。 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；在转化和转移过程中其总量不变。 3．能量转化(转移)的方向性 在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的，但都不违反能量守恒定律。 [问题探究]　1.热量能自发从高温端传导到低温端，能自发从低温的一端传导给高温的一端吗？ 提示：不能，内能的转移具有方向性。 2．汽车刹车时动能转化为热能，汽车能自动收集热能转化为动能吗？ 提示：不能，内能的转化具有方向性。 关于能量的转化，下列说法中不正确的是(　　) A．水力发电机把机械能转化为电能 B．燃气热水器把化学能转化为水的内能 C．洗衣机把电能转化为机械能 D．太阳能电池把太阳能转化为内能 答案：D 解析：水力发电机把机械能转化为电能，A正确；燃气热水器把化学能转化为水的内能，B正确；洗衣机把电能转化为机械能，C正确；太阳能电池把太阳能转化为电能，D错误。故选D。 针对练1.(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了(　　) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 答案：BD 解析：自然界的一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体。在外界帮助下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助压缩机做功把热量从低温物体传向高温物体的，故选BD。 针对练2.(2023·广东广州高二期末)图1是叶片长度为L的风力发电机，图2是该风力发电机的扫风面积示意图，风叶旋转扫过的面积是截留风能的面积，并与风向垂直。已知空气的密度为ρ，风速为v，风动能转化为电能的效率为η，则该风力发电机的功率为(　　) A．πρL2v3η B．πρL2v2η C．πρLv3η D．πρL2vη 答案：A 解析：t时间内产生的风能为E＝mv2＝v2＝πρtL2 v3，可得该风力发电机的功率为P＝＝πρL2 v3η，故选A。 学生用书↓第125页 知识点三　能源与环境 [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？ 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，如大气污染、温室效应、酸雨等。 (阅读教材P118－P122完成下列填空) 1．能源一般是指在一定条件下能够提供可利用能量的物质资源。它是经济发展的原动力、现代文明的物质基础。 (1)按能源的基本形态分类，有一次能源(包括可再生能源和不可再生能源)和二次能源； (2)按能源消耗后是否造成环境污染分类，有污染型能源和清洁型能源； (3)按能源使用的类型分类，有常规能源和新型能源或商品能源和非商品能源等。 2．能源开发利用所造成的环境污染，是导致环境问题日益严重的主要原因。 (1)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。 (2)对生态环境的影响：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。 (3)对居住环境的影响：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，导致环境质量下降。 3．环境保护 当前，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。 在生产和生活中，可以从多方面保护环境： (1)防治生产和生活的污染； (2)防止建设和开发的破坏； (3)保护自然环境。 [问题探究]　新能源通常被认为是减少环境污染和气候变化的解决方案之一，因为它们通常使用可再生资源，并且在发电和运行过程中产生较少的排放物。那么是不是新能源对环境一点污染也没有？如果有污染，有哪些影响？ 提示：不是。①制造过程的污染： 新能源设备，如太阳能电池板、风力涡轮机等的制造过程可能涉及能源和材料的消耗，这些过程可能会产生污染物和温室气体排放。 ②生态影响： 建设和运营新能源项目，如大型水电站或风力发电场，可能会影响当地生态系统，导致栖息地破坏、物种迁徙和生物多样性减少。 ③废弃物处理： 太阳能电池板、风力涡轮机等设备的废弃物处理可能会带来环境问题，因为它们含有毒物质和难以降解的材料。 (多选)下列说法正确的是(　　) A．一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源 B．二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品 C．煤炭、石油、天然气等能源属于可再生能源 D．水能、风能、太阳能等能源属于可再生能源 答案：ABD 解析：一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源，A正确；二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品，B正确；煤炭、石油、天然气等能源均属于不可再生能源，故需要我们节约使用，C错误；水能、风能、太阳能等能源均属于可再生能源，D正确。 学生用书↓第126页 能源的分类及特点 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 可再生能源 自然形成、未经加工，可循环使用或不断补充 水能、风能、生物能、太阳能、地热能 不可再生能源 自然形成、未经加工，短期内无法转换获得 煤炭、石油、天然气 二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能 续表 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按消耗后是否造成环境污染分 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 污染型能源 会严重污染环境 煤炭、石油、天然气 按使用的类型分 常规能源 已大规模正常使用 煤炭、石油、天然气 新型能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能、水能 针对练.2022年7月13日，我国用长征三号乙运载火箭成功将天链二号03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。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。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　) A．干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能 B．在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少 C．能量的转移或转化过程中，是具有方向性的 D．修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害 答案：C 解析：干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，保持能量守恒，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误。故选C。 1．(多选)下述做法能改善空气质量的是(　　) A．以煤炭等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D．限制或禁止燃放烟花爆竹 答案：BD 解析：以煤炭作为主要生活燃料会产生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，导致温室效应、酸雨等环境问题，故A错误；利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源可以减少有害气体的排放，故B正确；汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，故C错误；燃放烟花爆竹会产生大量的颗粒物(如PM 2.5等)和多种有害气体(如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等)，D正确。 2.(鲁科版P176T4改编)为了探究能量转化和守恒，小明将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，两端分别固定在罐盖和罐底上，如图所示。让该装置从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，发现橡皮筋被卷紧了，接着铁罐居然能从B处自动滚了上去。下列关于该装置能量转化的判断正确的是(　　) A．从A处滚到B处，主要是重力势能转化为动能 B．从A处滚到B处，主要是弹性势能转化为动能 C．从B处滚到最高处，主要是动能转化为重力势能 D．从B处滚到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能 答案：D 解析：铁罐从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，A处与B处动能相同，重力势能减少，橡皮筋被卷紧了橡皮筋的弹性势能增加，即从A处滚到B处，主要是重力势能转化为弹性势能，A、B错误；从B处滚到最高处，重力势能增加，橡皮筋的弹性势能减少，即橡皮筋的弹性势能转化为重力势能，C错误，D正确。故选D。 3.(2023·广东茂名高二)茂名市为了推动新农村建设，在很多乡村道路上安装了太阳能路灯。白天 学生用书↓第127页 太阳能电池板对蓄电池充电，晚上蓄电池的电能供给路灯照明。下列说法正确的是(　　) A．太阳能不属于清洁能源 B．太阳能电池板不可以将太阳能100%转化为电能 C．倾斜杆对路灯的作用力方向平行于倾斜杆向上 D．能量在转化或转移过程中，其总量保持不变，故节约能源没有必要 答案：B 解析：太阳能属于清洁能源，故A错误；太阳能电池板不可以将太阳能100%转化为电能，故B正确；由于新能源路灯受重力和倾斜杆的作用力作用而处于静止状态，故倾斜杆对新能源路灯的作用力与其重力等大反向，方向竖直向上，故C错误；能量在转化或转移过程中，其总量保持不变，但是会有部分能量不能被回收利用，故要节约能源，故D错误。故选B。 4．如图是水力发电站的原理图，由图可知，下列说法错误的是(　　) A．水力发电不会造成污染 B．该装置将机械能转化为电能 C．要加大发电的功率，可采用只“增大水落差”的方法 D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 答案：D 解析：水力发电将水的机械能转化为电能，不会有污染，故A、B正确；如果只将水落差增大，那么水流到水轮机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故C正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，故D错误。该题选择错误选项，故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $$