4.能源与可持续发展-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

4．能源与可持续发展

【素养目标】　1．掌握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。2．了解能量的耗散和能量品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。3．了解能源对人类社会发展的重要意义，了解能源的使用和环境污染的关系，增强环境保护和可持续发展的意识。

知识点一　能量守恒定律

【情境导入】　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：仅靠这种方式，电动车不能持续运动下去。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，根据能量守恒定律可知，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，如给电动车的电源充电。

【教材梳理】(阅读教材P93，完成下列填空)

1．能量之间的转化：做机械运动的物体，其动能和势能之间可以相互转化；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……

2．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。

【师生互动】如图所示，宇宙飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度可达到1 000 ℃。

学生用书第105页

任务1．进入大气层一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高。该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？

任务2．返回舱表面温度越高，内能越大。该过程中什么能向什么能转化？能量的总量变化吗？

提示：任务1．该过程动能增加，势能减小；机械能不守恒。

任务2．该过程中机械能向内能转化；根据能量守恒定律可知，能量的总量不变。

【探究归纳】

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。

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

答案：C

解析：A项所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，辐射到宇宙空间的能量也没有消失，而是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物要运动，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，它一定会停止走动，D错误。故选C。

针对练1．(2025·江西赣州高一上学期开学考试)如图所示是常见的家用电器，工作时主要将电能转化为机械能的是(　　)

答案：D

解析：电饭锅把电能转化为内能，故A错误；电熨斗把电能转化为内能，故B错误；电视机主要是把电能转化为声能和光能，故C错误；电风扇工作时转动，主要是把电能转化为机械能，故D正确。故选D。

针对练2．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，重力加速度为g，则该过程中产生的内能为(　　)

A．mgh B．mgh

C．mgh D．mgh

答案：A

解析：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，最终状态可等效为右侧高为h的液柱移到左侧管中，即产生的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mgh。故选A。

知识点二　能量转移或转化的方向性

【情境导入】　内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……