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

该高中物理课件聚焦“能源与可持续发展”，核心知识点涵盖能量守恒定律、能量转化方向性、能源分类及环境问题。课堂通过“能量守恒为何需节能”“自发电电动车能否持续运动”等情境问题导入，衔接能量守恒与耗散，搭建认知支架。 其亮点在于融合物理观念、科学思维与科学态度责任，通过判断正误题、风力发电机功率计算等实例，训练科学推理与论证。采用新知导学-重难解读-跟踪训练模式，助学生深化理解并树立环保意识，为教师提供系统的素养培养教学资源。

第十二章　电能　能量守恒定律 第4节　能源与可持续发展   核心素养 学习重点 物理 观念 (1)列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒的含义。 (2)知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。 让学生认识到目前面临的能源与环境问题，理解这两个社会问题产生的原因，使学生理解开发利用清洁能源的价值，形成应有的科学态度和社会责任感。 科学 思维 通过实例加深对能量守恒定律的理解，掌握应用能量守恒定律分析、解释实际问题的一般步骤。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ）   核心素养 学习重点 科学探究 通过实例分析知道能量耗散、认识自然界中能量转化的方向性。 让学生认识到目前面临的能源与环境问题，理解这两个社会问题产生的原因，使学生理解开发利用清洁能源的价值，形成应有的科学态度和社会责任感。 科学态度 与责任 收集资料、讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害性，思考科学、技术、社会、环境协调发展的关系，具有保护环境的意识和行动。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 素养能力提升 课后知能作业 探究点 课堂效果反馈 探究点　能源与可持续发展 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） ●新知导学 情境：(1)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？ (2)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] 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [提示] (1)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。 (2)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。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） ●基础梳理 一、能量守恒定律 能量既不会凭空________，也不会凭空________，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____________。 二、能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是__________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__________。 产生 消失 转化 转移 保持不变 不可逆 方向性 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 三、能量的分类与应用 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________能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源。 (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：__________发电、水力发电、________发电、________发电。 化石 太阳能 风能 核能 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 四、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，________短缺和过度使用____________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：追求发展与________、________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： ①要大力提倡________； ②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 化石能源 资源 环境 节能 可再生 清洁 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [判断正误] (1)能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用。(　　) (2)各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的。(　　) (3)能量耗散导致能量品质的降低。(　　) (4)核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大。(　　) (5)能量的耗散遵循能量守恒定律。(　　) (6)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。(　　) (7)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。(　　) 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） (8)能量只是以势能和动能两种形式存在。(　　) (9)能量只是存在于具有一定高度或运动状态的物体中。(　　) (10)任何物质均具有能量。(　　) (11)能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的。(　　) (12)在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√　(8)×　(9)×　(10)√　(11)√　(12)√ 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） ●重难解读 一、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．能量守恒定律的适用范围 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。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 4．应用步骤 (1)明确研究对象及研究过程。 (2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化。 (3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少。 (4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 二、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，它也不过只能使地球、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，内能较之机械能、电能等，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的总量减少，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。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 三、能源的分类与应用　能源与社会发展 1．能源和环境污染 (1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应。温室效应使得两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康。 (2)酸雨：酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水。形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） (3)光化学烟雾：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——光化学烟雾。这些物质有毒，会引起人的多种疾病。 另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物。 2.能源与社会发展 要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 类型一　能量守恒定律、能量转移或转化的方向性 典题1：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 [思维点拨] 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [思维点拨] 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：C 解析：题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，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，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，它一定会停摆，D错误。 [规律方法] 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [规律方法] (1)能量耗散：自然界中有序度较高的能量，如机械能、电能、化学能，当他们变为环境的内能后，就成为更加分散也就是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的转化过程叫作能量耗散。 (2)能量转移或转化的方向性：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。各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，这是自然界能够自动发生、全额发生的。 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 跟踪训练1：某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：C 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 类型二　能源的分类与应用 典题2：关于能源的利用，下列说法不正确的是(　　) A．因为自然界的能量是守恒的，所以不需要节约能源 B．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于其周围农村的环境温度 C．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应 D．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的 [思维点拨] [思维点拨] 能量的转化与转移是有方向性的，我们需要节约能源。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：A 解析：自然界中的能量是守恒的，但是能量的转化与转移是有方向性的，我们需要消耗能源才可以获取我们需要的能量，所以节约能源刻不容缓，故A符合题意；城市人口密集、车辆、工厂等集中，消耗的能量较多，且有相当一部分能量消散到空中变为内能，因此，一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，故B不符合题意；煤炭和石油产品燃烧会释放大量热量，同时会释放二氧化碳、硫化合物等，因此会造成空气污染和温室效应，故C不符合题意；能量的转化和转移具有方向性，有些能量耗散到空中无法再次回收和利用，因此，能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，故D不符合题意。故选A。 [规律方法] 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [规律方法] (1)能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源是指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。人类消耗的能源主要是常规能源。化石能源的资源是有限的。能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、酸雨污染、臭氧层的破坏等。能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步。 (2)可持续发展：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。要大力提倡节能；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。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 跟踪训练2：(多选)如图所示是新型“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法正确的是(　　) A．照明灯利用的风能属于不可再生能源 B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能 C．小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能 D．太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：BD 解析：照明灯利用的风能属于可再生能源，故A错误；夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能，故B正确；小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故C错误；太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能，故D正确。故选BD。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 类型三　能源与社会发展 典题3：杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20 m的圆面，某时间内该地的风速为6.0 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为 1.2 kg/m3，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取π＝3，则下列说法正确的是(　　) A．每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积72 000 m3 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52 kJ C．此风力发电机的发电功率约为155.52 kW D．若风速变为原来的2倍，则电功率将变为原来的4倍 [思维点拨] 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） [思维点拨] 空气的动能并不是全部转化为电能。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：B 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 跟踪训练3：(多选)二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温。大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法能成立的是(　　) A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高 B．经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命` 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高 D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：ABC 解析：地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律。由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，A正确；由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，B正确；由于工业的发展和人类的活动，大量的使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，C正确；生活用电和工业用电是电能向其他形式的能的转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，D错误。故选ABC。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 素养能力提升 拓展整合•启智培优 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 课堂效果反馈 内化知识•对点验收 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 1．能量守恒定律是人类认识自然的最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是(　　) A．不同形式的能量之间可以相互转化 B．能量可以被创生，也可以被消灭 C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源 D．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机 答案：A 解析：不同形式的能量之间可以相互转化，总量不变，故A正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故B错误；虽然能量是守恒的，总量不变，但是我们可以利用的能源是有限的，故一定要节约能源防止能源危机，故C、D错误。故选A。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 2．节约用电不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。下列做法属于节约用电的是(　　) A．让长期不用的家电处于待机状态 B．将热的食物直接放进冰箱 C．夏季将空调温度设置尽量调低 D．尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间 答案：D 解析：让长期不用的家电处于待机状态，这种做法属于浪费电能，故A错误；将热的食物直接放进冰箱，这种做法属于浪费电能，故B错误；夏季将空调温度设置尽量调低，这种做法属于浪费电能，故C错误；尽量减少冰箱门开关次数及敞门时间，这种做法属于节约用电，故D正确。故选D。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 3．下列关于能量守恒定律的认识不正确的是(　　) A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，不可能制成 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：D 解析：根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确，不符合题意；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律可知，必然有其他物体的能量增加，B正确，不符合题意；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，不符合题意；石子在碰撞中机械能转化为了内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。故选D。 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 4．风能是一种洁净、无污染、可再生的能源，临海括苍山山顶上建有全国第四大风力发电场，如图所示。已知该地区的风速约为6 m/s，空气密度约为1.3 kg/m3，已知风力发电机的风叶叶片长度为40 m，且风能的30％可转化为电能，则一台发电机发电功率约为(　　) A．3.6×103 W B．2.1×105 W C．1.5×107 W D．3.0×109 W 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） 答案：B 返回导航 第十二章　电能　能量守恒定律 物理（必修·第三册 RJ） A．P＝ρSv B．P＝ρSv2 C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4 解析：风能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。 解析：每秒风力发电机叶片圆面的气流的体积为V0＝SvΔt＝πr2vΔt＝3×202×6×1 m3＝7 200 m3，每秒流经涡轮机空气的动能约为Ek0＝ mv2＝ρV0v2＝×1.2×7 200×62 J＝155.52 kJ，故A错误，B正确；依题意，风力发电机产生的电功率约为P＝＝15.552 kW，故C错误；风力发电机产生的电功率P＝＝＝＝10%·ρSv3，若风速变为原来的2倍，则电功率将变为原来的8倍，故D错误。故选B。 解析：在1 s内吹过叶片的空气体积为V＝Svt＝πR2vt＝3.14×402×6×1 m2＝30 144 m3，空气质量m＝ρV＝1.3×30 144 kg＝39 187.2 kg，空气的动能Ek＝mv2＝×39 187.2×62 J＝705 369.6 J，风能的30％可转化为电能，则有E电＝Ek×30%＝705 369.6×0.3 J＝211 610.88 J,1 s的电能，数值上等于发电功率，约为2.1×105 W。故选B。 $