12.4 能源与可持续发展 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十二章　电能　能量守恒定律 能源与可持续发展 1 掌握能量守恒定律的内容，知道其重要意义。 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 认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识。 重点 能量守恒定律　 能量转移或转化的方向性 能量的转化 风能→电能 风能→电能 电能→化学能 观察与思考 (1)能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，能量的总量 。 (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 ①E初=E末，初状态各种能量的总和等于 状态各种能量的总和。 ②ΔE增=ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的 。 转化 转移 保持不变 末 减少量 能量守恒定律 既然这样，我们随心所欲的按需取用能量！还节约什么呀？ 现有的能量形式和我们需要的能量形式一样吗？可以随 意转化或转移？ 多米诺骨牌倒塌的能量转化： 机械能→内能 能否出现逆向情况： 内能→机械能，即骨牌自动立起来恢复原状？ 显然不行，所以能量转化具有方向性 (1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的，即一切与热现象有关的宏观过程具有方向性。 ①能量的转移具有 ：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。 ②能量的转化具有 ：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。 不可逆 方向性 方向性 能量转移或转化的方向性 93号汽油密度0.725kg/L,汽油的燃烧值是4.6×107J/kg，汽车80km/h的速度行驶时，百公里油耗约为10L，计算汽车消耗的总功率。 10L汽油燃烧产生的热量 10L汽油质量 汽车消耗的总功率 消耗10L汽油(行驶100km)的时间 t = 观察与思考 汽车行驶时的功率分配比例 由于各种损耗，74kW的总功率只有9kW到达驱动轮。整俩汽车的总效率仅为13%左右。 观察与思考 (2)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 。 (3)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的 降低了，从便于利用的能源变成 的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 方向性 品质上 不便于利用 能量转移或转化的方向性 能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？ 答案　能量耗散和能量守恒并不矛盾。能量耗散表明，在能源利用的过程中，在可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了，但是在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少。 思考与讨论 　 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 √ √ √ 例题 　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 √ 例题 　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 √ √ 例题 能源的分类与应用　能源与社会发展 1.能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的______能源。 (2)可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以 的能源。 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成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、 发电等。 化石 再生 核能 能源的分类与应用 3.能源与社会发展 (1)能源利用的三个时期：柴薪时期、 时期、 时期。 (2)能源是人类社会活动的 。 煤炭 石油 物质基础 4.煤炭和石油的燃烧对环境的危害 (1)燃烧时增加了大气中 的含量，加剧了温室效应。 (2)因为煤炭和石油中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“ ”。 (3)内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质—— 。 二氧化碳 酸雨 光化学烟雾 5.能源的开发与环境的关系 (1)人类的生存与发展需要 ，能源的开发与使用又会对环境_________。 (2)一方面要大力提倡 ，另一方面要发展 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 能源。 能源 造成影响 节能 可再生 清洁 4.(2023·江苏扬州中学高二月考)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 √ 例题 　5.(多选)(2024·杭州市四校联考)某地区常年有风，风速基本保持在4 m/s，有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10 m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为1.3 kg/m3，风的动能转化为电能的效率为20%。为了合理利用能源，小刘同学设想建一抽水蓄能电站，抽水蓄能电站在用电低谷时利用风力发出的电将水抽到高处，在用电高峰时再利用水能发电，若平均用4度谷电能换3度峰电。 例题 (已知每天8∶00~22∶00为用电高峰，其余时间为用电低谷，峰电价格0.50元，谷电价格0.30元)，下列说法正确的是 A.抽水蓄能电站平均用4度谷电能换3度峰电，该过程能量是守恒的 B.风力发电机把风能转化为电能，能量在可利用的品质上发生了变化， 而抽水蓄能电站实现电能转化为水的势能储存，需要时再转化为电能， 能量在可利用的品质上是不变的。 C.若采用小刘同学的方案，一台风力发电机发出的电每年多产生的经济 效益约为1 700元 D.风力发电机的发电功率约为2.6×103 W √ √ 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。 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。 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。 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。 抽水蓄能电站平均用4度谷电能换3度峰电，在电能与机械能间的转化过程中会有一部分能量转化为内能，但该过程能量是守恒的，故A正确； 抽水蓄能电站实现电能转化为水的势能储存，需要时再转化为电能，能量在可利用的品质上是变化的，故B错误； 每秒风的动能转化电能为E电=ηEk=η×mv2=η×ρSv3t≈2.6×103 J 风力发电机的发电功率约为P==2.6×103 W，故D正确； 若采用小刘同学的方案，一台风力发电机发出的电每年多产生的经济效益约为×365×(0.50×3-0.30×4)元≈712元，故C错误。 Keep Thinking! $$