12.4 能源与可持续发展（课件）-【教学无忧】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

12.4 能源与可持续发展 主讲人： 2025年x月x日 人教版（2019）高二年级物理必修3同步备课系列 目录 01 能量守恒定律 03 能源分类与应用 02 能量转移的方向性 04 能源与社会发展 2 01 课堂引入 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……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？ 第一部分 能量守恒定律 01 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。这个规律叫作能量守恒定律（law of energy conservation）。 02 能量的转化 在电路中，电源将其他形式的能转化为电能，负载又将电能转化为内能、光能和机械能..... 03 问题与思考 思考：把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？ 第二部分 能量转移和 转化的方向性 01 能量转化和转移的方向性 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即一切与热现象有关的宏观过程都有方向性。 2.能量的转化具有方向性:如机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不能自发地且不能完全转化为机械能。 1.能量的转移具有方向性:如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。 02 能量耗散 在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。 能量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。 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。 耗散的能量损失了吗？ 那为什么还要节约能源呢？ 03 节约能源 能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量守恒,但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源的根本原因。 03 典例探究 【典例1】(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是 A.能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无 法把这些内能收集起来重新利用 B.各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C.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 D.各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 03 典例探究 【答案】ABC 【解析】根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的；由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是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，而自然界的总能量仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。 03 典例探究 【典例2】构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，电动自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行。第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化 的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电 池所充的电能是 A.200 J B.250 J C.300 J D.500 J 03 典例探究 03 典例探究 【典例3】(多选)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。但是相反的过程，即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，这样的现象我们从来没看到过。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。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。这些现象说明 A.在能源的利用过程中，能量会减少，能量守恒定律不成立 B.我们在利用能源时，能量会耗散，自然界可利用的能源会越来越少 C.与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性 D.自然界中发生的能量转化都是不可逆的，各种能量最终都会转化为内能 03 典例探究 【答案】BC 【解析】在能源的利用过程中，能量在数量上不会减少，能量守恒定律依然成立，但是能量会发生耗散，在可利用的品质上会降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，自然界可利用的能源会越来越少，故A错误，B正确；与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性，故C正确；自然界中发生的能量转化在自发情况下都是不可逆的，但在其他外在条件介入的情况下可以发生逆过程，能量的转移和转化具有方向性，各种能量最终都会转化为内能，故D错误。 能源分类与应用 第三部分 01 不可再生能源 1.能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。 2.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。 02 可再生能源 水能、风能、潮汐能等能源，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。 03 我国能源发展概况 1.太阳能 中国现有每年光伏总产能在1TW（1000GW）上下，如果加上中国企业在国外的光伏部署，基本能占到全球市场90%的份额。 03 我国能源发展概况 2.水力发电 至2018年底，我国水电总装机容量约3.5亿千瓦、年发电量约1.2万亿千瓦时，双双继续稳居世界第一。 葛洲坝水电站 三峡水电站 03 我国能源发展概况 4.核能发电 到2020年，中国核电机组数量将达到90余台，从装机容量上讲，将超过法国，成为世界第二的核电大国，仅次于美国。 大亚湾核电站 防城港核电站 秦山核电站 03 我国能源发展概况 4.核能发电 一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。同样质量的化学燃料与核燃料相比，如果都进行了完全反应，核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释放出的能量。可控制的裂变反应所释放出的能量，可以很好地被人们所利用。核电站就是利用可控核裂变来发电的。我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号，其安全指标和技术性能已达到国际最先进的三代水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。 能源与可持续发展 第四部分 01 能源是人类社会活动的基础 自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。到了20世纪50年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。 02 煤炭和石油资源的有限性 03 环境问题 1.温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。 2.酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。 3.光化学烟雾:氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾。 03 环境问题 两极冰雪融化，海平面上升 工业排放的废气 城市机动车尾气污染 04 典例探究 【典例4】(2023·江苏省扬州中学高二月考)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 源的意义不大 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 04 典例探究 【答案】A 【解析】煤、石油、天然气等属于化石能源，最初来源可追溯到太阳能，故A正确； 能量是守恒的，但能量的品质降低了，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，B错误； 科技进步能提高能源的利用率，能更充分地利用有限的能源，故C错误； 水能在自然界可以再生，是可再生能源，D错误。 04 典例探究 【典例5】某户居民楼顶平台安装了12块太阳能电池板，利用这些电池板收集太阳能发电，发电总功率可达到3 kW，工作电压为380 V，平均每天发电6 h；发电总功率的30%供自家使用，富余发电以0.2元/度价格并入国家电网。则下列说法正确的是 A.该光伏项目年发电量约为6.75×104 kW·h B.该光伏项目的工作总电流约为0.3 A C.该光伏项目富余发电的年收入约1 400元 D.该光伏项目平均每天的发电量可供一只60 W的白炽灯正常工作300小时 04 典例探究 【答案】D 【解析】发电总功率为3 kW，则年发电总量为3 kW×6 h×365＝6.57×103 kW·h，故A错误； 该光伏项目富余发电的年收入约为6.57×103×70%×0.2元＝919.8元，C错误； 巩固提升 第五部分 01 小结 能源与社会发展 能源是人类社会活动的物质基础；煤炭和石油资源是有限的；环境问题——(1)温室效应、(2)酸雨、(3)光化学烟雾； 能量守恒与耗散 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. 能源的分类 可再生能源与不可再生能源 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的. 能源 环境 35 02 课堂练习 1.(2023·江苏省扬州中学高二期中)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。对于能量耗散理解正确的是 A.能量耗散说明能量在不断地减少 B.能量耗散不遵循能量守恒定律 C.能量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 36 02 课堂练习 【答案】D 【解析】能量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，故能量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。 37 02 课堂练习 2.(2023·湖南省汉寿县第一中学高二月考)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。如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。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 A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW 38 02 课堂练习 【答案】B 【解析】 39 02 课堂练习 3.为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是 A.充电时电能全部转化为汽车的机械能 B.充电时电能全部转化为锂电池的化学能 C.汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能 D.汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能 40 02 课堂练习 【答案】C 【解析】充电时电能部分转化为锂电池的化学能，不是全 部，选项A、B错误； 汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为 汽车动能，部分转化为其他形式的能，选项C正确； 汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，选项D错误。 41 感谢欣赏 12.4 能源与可持续发展 【答案】A 【解析】电动车在运动过程中所受摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，故没被转化为内能的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。 该光伏项目平均每天的发电量大约可供一只60 W的白炽灯正常工作的时间为t＝＝ h＝300 h，D正确。 工作总电流约为I＝＝≈7.9 A，B错误； 发电时水减少的重力势能ΔEp＝mg＝ρShg，一天发电两次，转化成的电能E＝2ΔEp×10%，所以P＝＝5.2×104 kW，故B正确，A、C、D错误。 $$