第12章 第4节 能源与可持续发展（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“能源与可持续发展”核心知识点，系统梳理能量守恒定律内容及应用、能量转移转化的方向性（能量耗散）、能源分类（可再生与不可再生）、能源利用与社会发展的关系，构建从理论规律到实际应用的学习支架。 资料通过例题解析（如U形管液体运动内能计算）和分类表格深化理解，培养科学思维中的模型建构与推理能力。结合能源利用的环境影响案例，渗透科学态度与责任，课中辅助教师高效授课，课后练习题助力学生巩固知识、查漏补缺。

第4节　能源与可持续发展 课标要求 科学思维 1.知道能量守恒定律的具体内容。 2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。 3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。 知道能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题。 一、能量守恒定律 能量守恒定律的内容：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。 二、能量转移或转化的方向性 1．能量转化的方向性：科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有方向性性。 3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。 三、能源的分类与应用 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，又叫化石能源。 2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于太阳能的这些能源。 3．我国能源的开发：太阳能发电、风力发电、风能发电、核能发电。 四、能源与社会发展 1．人类对能源的利用经历的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 2．能源的开发和利用对环境造成的影响： (1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。 (2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。 (3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学烟雾。燃烧时产生的浮沉也是主要的污染物。 3．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡： 既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。这就需要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。 一方面要大力提倡节能，另一方面要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。 　能量守恒定律的理解和应用 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。 (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 3．应用能量转化与守恒解题的步骤 (1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。 (2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。 (3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。 　如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为(　　) A.mgh　　　　　 B．mgh C.mgh D．mgh 【解析】　A　去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确。 【技巧与方法】 利用能量转化与转移解题的两点注意 (1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。 (2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。 1．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是(　　) A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【解析】　C　自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，又不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，C正确。 　能源和可持续发展 1．如何正确理解能量耗散和品质降低 (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大可用的形式。 (3)能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。 2．能源的分类 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按形式 或转换 特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能 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 按利用 技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能 新能源 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 按可否 再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料 按对环 境污染 情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能 污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气) 　(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(　　) A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，在一定条件下可以全额发生 D．能量耗散导致能量品质的降低 【解析】　BCD　能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能无法再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。 【技巧与方法】 能量耗散不仅遵循能量守恒定律，而且从能量的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。 2．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　) A．能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 【解析】　BC　尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错。 1．(多选)下列对能量耗散的理解正确的有(　　) A．能量耗散说明能量在不断减少 B．能量耗散遵守能量守恒定律 C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失 D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 【答案】　BD 2．下列哪些现象属于能量耗散(　　) A．利用水流能发电转化为电能 B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C．电池的化学能转化为电能 D．火炉把房子烤暖 【答案】　D 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 【解析】　C　充电时电能转化为锂电池的化学能，但不是全部转化，选项AB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。故选C。 4．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准烧煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下，这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤？ 【解析】　设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104 kW·h＝5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J， 设可为后辈留下标准煤质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107 J/kg×m×30%＝E， 解得m≈2.4×106 kg＝2.4×103 t。 【答案】　2.1×1013 J　2.4×103 t 学科网（北京）股份有限公司 $