第6章 第1节 能量的多种形式 第2节 能量的转化与守恒 第3节 珍惜大自然(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦能量主题，系统梳理能量的多种形式（分类为一次/二次、可再生/不可再生能源）、转化与守恒规律（重点）及自然过程的方向性（熵的概念），构建“形式-转化-守恒-方向”的递进式知识支架。 资料以情境问题（如秋千摆动、蹦极过程）引导能量守恒推理，结合可再生能源判断、风力发电机功率计算等例题强化科学思维，融入节能路灯、珍惜能源等内容渗透社会责任。课中助力学生建立能量观念，课后通过分层对点练（含解析）查漏补缺，提升科学推理与应用能力。

第1节　能量的多种形式　 第2节　能量的转化与守恒　 第3节　珍惜大自然 [学习目标]　1.了解不同形式的能源可分为一次能源和二次能源、可再生能源和不可再生能源。2.知道不同形式的能量可以相互转化，在转化过程中能量总量保持不变(重点)。3.知道能量的转化具有方向性，了解熵的概念。 一、能量的分类与应用 1．多种形式的能量 (1)能量以各种各样的形式存在，如机械能、内能、电能、光能、化学能和核能等。 (2)机械能包括动能、重力势能和弹性势能等。电能是指电以各种形式做功的能力。光能是光具有的能量。化学能是储存在食物或燃料等物质中的能量。核能是由于物质的原子核结构发生变化而释放的能量。 2．可再生能源和不可再生能源 (1)能源可分为一次能源和二次能源。 (2)一次能源是指直接取自自然界、未经加工转化的能源，如煤、石油、天然气等。 (3)二次能源是指由一次能源加工转化而成的能源产品，如电、煤气、蒸汽及各种石油制品等。 (4)一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能等)和不可再生能源(煤、石油、天然气等)。 例1　自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源，在下列几组能源中，属于可再生能源的一组是(　　) A．水能、石油、太阳能 B．风能、煤炭、天然气 C．煤炭、石油、天然气 D．风能、水能、太阳能 答案　D 解析　煤炭、石油、天然气属于不可再生能源，风能、水能、太阳能属于可再生能源，故选D。 二、能量的转化与守恒 荡来荡去的秋千(如图)，如果不能持续得到外界能量的补充，空气阻力及秋千受到的摩擦力就会使秋千摆动的幅度逐渐减小，直至停下。在这个过程中，秋千原有机械能一直在损失。损失的机械能消失了吗？ 答案　没有 1．能量的转移与转化 能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从一种形式转化为其他形式。 2．能量守恒定律 在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 3．第一类永动机 不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。 例2　下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是(　　) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 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　D 解析　根据能量守恒定律知，某种形式的能量减少，其他形式的能量一定增加；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，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。 例3　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，电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，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 答案　A 解析　由题图可知，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。 三、自然过程的方向性 能量守恒定律指出，能量不能被创造或消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式。那么，这种能量之间的转移或转化是否可以循环往复呢？既然能量守恒我们为什么还要节约能源呢？ 答案　不可以。节约能源的原因是能量转化具有方向性。 1．自然界的宏观过程具有方向性，是不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进行，就必须由外界对它们施加作用。 2．开尔文及克劳修斯总结出重要的自然规律 自然发生的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程。 3．熵是描述处于不同状态的物体，分子运动状态无序程度不同的物理量。熵越高，意味着系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。 例4　(多选)下列说法正确的是(　　) A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．熵越高，意味着系统越有序，熵越低，意味着系统越无序 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 答案　AB 解析　热量可以从低温物体向高温物体传递，但是是由其他变化引起的，如电冰箱要消耗电能，A正确；由于电能转化为内能，故从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；熵越高，意味着系统越无序，熵越低，意味着系统越有序，C错误；对能源的过度消耗使自然界的“能源”不断减少，形成“能源危机”，并不是“能量”不断减少，D错误。 课时对点练 (分值：60分) 1～6题每题5分，共30分 考点一　能量的分类与应用 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．化石能源是一次能源 B．运转的发电机产生电能，它是一次能源 C．风能、水能都是可再生能源 D．石油是不可再生能源，因此我们应该尽可能地提高它的利用效率 答案　ACD 2．(多选)能源可划分为一次能源和二次能源。自然界直接提供的能源称为一次能源；需要依靠加工转化的能源称为二次能源。下列叙述正确的是(　　) A．电能是二次能源 B．水能是二次能源 C．天然气是一次能源 D．煤气是一次能源 答案　AC 解析　由一次能源和二次能源的定义判断，A、C正确。 考点二　能量的转化与守恒 3．能量转化和守恒定律是自然界最基本的定律之一。下列电器正常工作时，将电能大部分转化为动能的是(　　) A．电熨斗 B．电风扇 C．电饭煲 D．电热水器 答案　B 解析　电熨斗是纯电阻元件，主要是将电能转化为内能，故A项错误；电风扇是非纯电阻元件，电风扇电能主要转化为动能，故B项正确；电饭煲是纯电阻元件，主要是将电能转化为内能，故C项错误；电热水器是纯电阻元件，主要是将电能转化为内能，故D项错误。 4．(2024·厦门市期中)关于能量转化有下列说法： ①太阳能热水器把太阳能转化为水的内能 ②电热水器把电能转化为水的内能 ③燃气热水器把电能转化为水的内能 ④空调把空气的内能转化为电能 其中正确的是(　　) A．①② B．①③ C．②③ D．①④ 答案　A 解析　太阳能热水器使水温度升高，把太阳能转化为水的内能，故①正确；热水器使水温度升高，把电能转化为水的内能，故②正确；燃气热水器把燃气的化学能转化为水的内能，故③错误；空调消耗电能，使得内外空气的内能发生转移，故④错误，选A。 5.蹦极是非常刺激的运动，如图所示，蹦极者站在很高的平台上，一端固定的长长的橡皮绳绑在人的踝关节处，人双腿并拢，由静止开始下落，约5 s时，人在橡皮绳的作用下开始往上反弹，反复上下运动多次后，安全悬挂于半空中静止不动，以人、橡皮绳和地球为系统，下列说法正确的是(　　) A．在5 s时，系统的弹性势能最大 B．0到5 s内，人下落的高度接近125 m C．0到5 s内，系统重力势能的减少量等于弹性势能的增加量 D．人从静止下落到最终静止悬挂的过程中，系统机械能的减少量等于重力势能的减少量 答案　A 解析　在5 s时，人在橡皮绳的作用下开始往上反弹，说明橡皮绳的伸长量已经达到最大，此时系统的弹性势能最大，A正确；当人做自由落体运动下落5 s时，下落高度约为125 m，人蹦极时，由于有橡皮绳和空气阻力作用，下落的高度要小于125 m，B错误；由于有空气阻力，机械能不守恒，一部分重力势能转化为内能，0到5 s内，系统重力势能的减少量大于弹性势能的增加量，C错误；人从静止下落到最终静止悬挂的过程中，系统机械能的减少量等于克服空气阻力做功转化的内能，D错误。 考点三　自然过程的方向性 6．(多选)(2023·哈师大附中高二月考)下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是(　　) A．所有能量守恒的过程都能自发地发生 B．摩擦生热的过程是不可逆过程 C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 答案　ACD 解析　并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误，符合题意；根据能量的转化或转移具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确，不符合题意；能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，C错误，符合题意；能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误，符合题意。 7～11题每题6分，共30分 7．(2023·漳州市高二期末)如图是一种新型“风光互补”节能路灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”节能灯。下列说法正确的是(　　) A．节能路灯利用的风能属于不可再生能源 B．小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能 C．太阳能电池板将光能转化为电能 D．太阳能电池板只能白天工作，风力发电机只能夜间工作 答案　C 解析　风能是可再生能源，故A错误；小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故B错误；太阳能电池板将光能转化为电能，故C正确；风力发电机既可以在白天工作也可以在夜间工作，故D错误。 8．(多选)关于能量的利用，下列叙述正确的是(　　) A．冰箱工作时耗电，箱内温度降低，能量不守恒 B．运动员加速奔跑时动能增大，机械能不守恒 C．木头燃烧时化学能转化为了内能 D．LED灯发光时电能转化为内能，内能再转化为光能 答案　BC 解析　冰箱工作时，整个系统能量守恒，A错误；运动员加速奔跑，人体储存的化学能转化为了机械能，机械能(动能)增大，B正确；木头燃烧过程是化学能转化为内能，C正确；LED灯发光时电能直接转化为光能和内能，D错误。 9．下列过程中熵减小的是(　　) A．杯中的水分子蒸发到空气中 B．空调工作时，室内温度降低 C．同学们下课后自由活动 D．摩擦生热现象 答案　B 解析　杯中的水分子蒸发到空气中，无序程度增大，熵增大，A错误；空调消耗电能将室内低温空气的内能传到室外高温空气，不是自然过程，空气分子无序程度减小，熵减小，B正确；同学们下课后自由活动，无序程度增大，熵增大，C错误；摩擦生热过程机械能转化为内能，无序程度增大，熵增大，D错误。 10．下列有关风能的说法正确的是(　　) ①风能其实是太阳能的一种转化形式 ②风能和水能、太阳能等都是清洁能源 ③风力发电由风能转化为机械能，再转化为电能 ④推广可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量 A．①②③④ B．②③④ C．①②③ D．①②④ 答案　A 解析　地球表面大量空气流动所产生的动能叫风能，而空气流动主要是由两地受阳光照射的强度不同而导致的温度差异引起的，故风能是太阳能的一种转化形式，故①正确；风能和水能、太阳能等是可再生的绿色能源，故②正确；风力发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，发电机在风车叶片转轴的带动下发电，实现能量从风能转化成机械能，再转化为电能，故③正确；发展低碳经济和循环经济，推广利用太阳能、风能的城市照明系统，降低发电用的能耗，符合低碳环保理念，故④正确，综上所述，选A。 11.风能是一种清洁的可再生能源。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，某两台风力发电机的风轮叶片长度之比为2∶3，转化效率相等，若均保持风正面吹向叶片，在相同风力环境下，这两台风力发电机的输出电功率之比为(　　) A．3∶2 B．2∶3 C．4∶9 D．8∶27 答案　C 解析　设空气密度为ρ，风速为v，风轮叶片长度为r，则t时间内吹向风轮机的风能为Ek＝mv2，又m＝ρV＝ρSvt＝ρπr2vt，可得Ek＝ρπr2v3t，设转化效率为η，则风力发电机的输出电功率为P＝η＝η·ρπr2v3∝r2，可知这两台风力发电机的输出电功率之比为＝＝＝，故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $