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配套课件（人教版）

该高中物理课件聚焦“能源与可持续发展”，核心涵盖能量守恒定律、能量转化方向性、能源分类与社会发展。通过“自发电电动车”“返回舱摩擦生热”等情境导入，搭建从理论规律到实际应用的学习支架，衔接能量观念与能源问题。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，以U形管液体运动分析能量转化（科学推理），结合新能源开发案例培养环保意识（社会责任）。采用情境探究与问题驱动教学，学生深化能量观念，教师可提升教学互动性与知识应用实效。

4．能源与可持续发展 　　　　 第十二章　电能　能量守恒定律 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。 素养目标 知识点一　能量守恒定律 1 知识点二　能量转移或转化的方向性 2 知识点三　能源的分类与应用　能源与社会发展 3 内容索引 课时测评 4 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 知识点一　能量守恒定律 返回 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。 自主学习 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______之间可以相互转化；在电路中，电源将其他形式的能转化为______，负载又将电能转化为______、______和_______…… 2．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__________。 势能 电能 内能 光能 机械能 产生 消失 转化 转移 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 ℃。 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？ 提示：该过程动能增加，势能减小；机械能不守恒。 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：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。 课堂探究 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 √ 例1 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 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 √ 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。 返回 知识点二　能量转移或转化的方向性 返回 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……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？ 提示：虽然能量的总量不会减少，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。 自主学习 教材梳理　(阅读教材P93－P95，完成下列填空) 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很难再重复利用，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_______。 不可逆 方向性 师生互动　 任务1．能量的耗散是否意味着自然界中的能量逐渐减少？ 提示：不是。能量的耗散意味着能量在转移和转化过程中，能量的可利用性越来越差，但总量保持不变。 任务2．能源危机主要表现在哪些方面？能源危机的深层含义是什么？ 提示：能量在可利用的品质上降低了，即从便于利用的能源变成了不便于利用的能源；能源的利用受方向性的制约。 课堂探究 探究归纳　 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，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却很难驱动机器做功了。 2．从可被利用的价值来看，内能与机械能、电能等相比较，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总量的减少，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。 关于能源和能量，下列说法正确的是 A．能量是守恒的，所以不会发生能源危机 B．能量利用过程中存在能量的耗散，说明能量在不断减少 C．能量的耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源 D．能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性 √ 虽然能量是守恒的，但能量的耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源，会发生能源危机，故A错误，C正确；在自然界中能量是守恒的，能量的耗散只是能量从一种形式转化成另一种形式，故B错误；能量的耗散说明能量的转化或转移具有方向性，故D错误。故选C。 例2 针对练1．下列对“能量的耗散”理解正确的是 A．能量在转化过程中变少的现象叫作能量的耗散 B．能量的耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 C．能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不断减少，而且可利用的品质降低了 D．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散 √ 能量在转化过程中品质变低，但是总的能量是守恒的，能量的数量并未减少，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但其转移和转化有方向性，机械能转化为内能后，我们很难将它们收集起来重新利用。故选D。 针对练2．(2025·江苏省盐城五校联考)能源是人类社会活动的物质基础，节约能源应成为公民的行为习惯。下列说法中正确的是 A．太阳能转化为电能过程中能量增加 B．能量的耗散会降低能量可利用的品质 C．能量的耗散过程中能量在不断减少 D．能量总是守恒的，所以不需要节约能源 √ 太阳能转化为电能过程中能量守恒，A错误；能量的耗散会降低能量可利用的品质，B正确；能量总是守恒的，能量的耗散过程中能量不会减少，C错误；能量总是守恒的，但是便于利用的能源逐渐减少，所以需要节约能源，D错误。故选B。 返回 知识点三　能源的分类与应用　能源与社会发展 返回 情境导入　仔细观察下列两幅图片，回答 下面问题。 (1)人类社会能离开能源吗？ 提示：人的衣食住行离不开能源，人类社 会的存在和发展离不开能源。 (2)能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？ 提示：会；如大气污染、温室效应、酸雨等。 (3)为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？ 提示：因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源；目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。 自主学习 教材梳理　(阅读教材P95－P98，完成下列填空) 1．能源的分类 (1)不可再生能源：煤炭、石油和________是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。 (2)可再生能源：水能和______等能源，归根结底来源于________。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、______发电等。 天然气 风能 太阳能 太阳能 风能 核能 3．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可持续发展的核心是追求发展与______、______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：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，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。 能源 化石能源 资源 环境 节能 可再生 清洁 关于能源的利用和节约，下列说法正确的是 A．根据能量守恒定律可知，能源的利用率应该是100% B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，与科学进步无关 D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉 课堂探究 √ 例3 能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，不可能做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分的总和与原来的能量总量相等，A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，B、C错误。故选D。 针对练1．关于能源的开发和利用，下列说法中正确的是 A．能源利用的过程就是内能转化为机械能的过程 B．化石能源的能量归根结底来自太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C．在广大的农村推广沼气，既能变废为宝，减少污染，又能大量节约能源 D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 √ 能源利用的过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，故A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，故B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，能够减少污染，节约能源，故C正确；无论技术先进与否，煤炭资源都不可能取之不尽、用之不竭，故D错误。故选C。 针对练2．(2025·辽宁省部分高中高二上学期月考)辽宁清原抽水蓄能电站是东北地区规模最大的抽水蓄能电站。抽水蓄能电站在电力负荷低谷时将水抽至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。以下说法正确的是 A．水能是不可再生能源 B．电站蓄能时增加了能量 C．电站发电时水的机械能转化为电能 D．蓄能电站的工作说明自然现象都是可逆的 √ 水能是可再生能源，A错误；电站蓄能是把电能转化为机械能，总能量不会增加，B错误；发电过程是把机械能转化为电能，C正确；一些物理过程可能是可逆的，但许多自然现象却是不可逆的，D错误。故选C。 课堂回眸 返回 课时测评 返回 1．下列对能量守恒定律的认识正确的是 A．黄河的水能是取之不尽，用之不竭的 B．化石能源是凭空产生的 C．一块石头从高山上滚下后静止，说明能量会凭空消失 D．在自然界中，能量的总量保持不变 由能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，整个自然界中能量的总量保持不变。故选D。 √ 基础排查 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 2．据中国汽车工业协会统计，从2015年开始，中国新能源汽车产销量已连续多年位居全球首位，我国电动化技术总体处于全球领先水平。一辆新能源电动汽车所用电池是锂电池，在水平公路上加速启动，在此过程中电能向其他形式的能量转化，下列说法正确的是 A．电能转化为化学能和内能 B．电能转化为重力势能和内能 C．电能转化为动能和重力势能 D．电能转化为动能和内能 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 普通路面上摩擦力是不能忽略不计的，电动汽车车轮与轴之间也有摩擦，由于摩擦生热，部分电能向内能转化，电池和电动机均有电阻，电流通过这些电阻的过程中将产生焦耳热，在水平公路上加速启动，速度增大，动能增大，所以电能转化为动能和内能。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 3．(多选)根据能量转化或转移的方向性，下列判断正确的是 A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或消灭 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 根据能量转化或转移的方向性可知，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，都具有方向性，电流的电能可能全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化，也不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或消灭，故D正确。故选BCD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 4．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将 A．逐渐升高 B．保持不变 C．开机时降低，停机时又升高 D．开机时升高，停机时降低 冰箱工作时会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以室内温度会升高。故选A。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 5．(多选)下列过程中，可能实现的是 A．水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能 B．利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能 C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高 D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来 根据能量转移或转化的方向性可知，A、D不可能实现，B、C可能实现。故选BC。 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 6．(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是 A．能源是有限的，无节制地使用能源是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的 C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响 D．不断开发新能源是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径 能源是有限的，所以无节制地使用能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能源在利用过程中，一部分转化为不能利用或不便利用的能源，导致可利用能源的数量减少，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；不断开发新能源是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径，故D正确。故选ACD。 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 7．(多选)关于能源和能量，下列说法正确的是 A．自然界的石油、煤炭资源可供人类永久使用 B．人类应多开发与利用水能、风能等可再生能源 C．自然界的能量是守恒的，人类不需要节约能源 D．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 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 自然界的石油、煤炭等资源属于不可再生能源，不可供人类永久使用，故A错误；为了减少对环境的污染及破坏，人类应多开发与利用水能、风能等可再生能源，故B正确；自然界的能量是守恒的，但是能量的转移和转化是有方向性的，所以人类需要节约能源，故C错误；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，故D正确。故选BD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 8．(多选)下列有关新能源和能量观的描述中，正确的是 A．外出旅游时，尽可能选择自驾出行 B．根据能量守恒定律，担心能源危机是杞人忧天 C．水能和风能等能源来源于太阳能，是可再生能源 D．能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 外出旅游时，尽可能选择公共交通工具出行，可以减小污染，节约能源，故A错误；能量虽然守恒，但在能源利用的过程中，可利用能源转化为不可利用或难以利用的能源，减少了可利用能源的储量，因此担心能源危机并非杞人忧天，故B错误；水能和风能等能源来源于太阳能，是可再生能源，故C正确；能量的利用过程就是能量的转化、转移和耗散过程，故D正确。故选CD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 9．(2025·广东省湛江二十一中高二上学期期中)太阳能将成为21世纪人类的主要能源之一，如图是太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到热水器单位面积的能量约为7×103 J/，一台热水器的聚热面积约4 m2。若每天太阳的照射等效于直射3 h，太阳能的20%可转化为水的内能，则这台热水器一天内可有效利用的太阳能约为 A．1×106 J B．6×106 J C．6×107 J D．6×108 J 这台热水器一天内可有效利用的太阳能约为E＝ηPt＝20%×7×103×4×3×3 600 J≈6×107 J。故选C。 √ 综合应用 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 10．(2025·广东省梅州市期末)如图所示是水电站泄洪时的情境，已知泄洪流量为240 m3/s，水位落差100 m，水的密度为1.0×103 kg/m3。泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取g＝10 m/s2，则发电站的发电功率是 A．6.0×107 W B．6.0×108 W C．2.4×107 W D．2.4×108 W 由题意可知时间t内流水的体积V＝Qt，发电功率为P＝＝25%ρQgh＝25%×1.0×103×240×10×100 W＝6.0×107 W。故选A。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 11．(10分)如图是一种太阳能节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为，平均1 h得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8 h计算，恰好可以供电子节能灯工作10 h。 (1)试说明太阳能节能灯的能量转化情况； 答案：能量转化：太阳能→电能→光能。 能量转化：太阳能→电能→光能。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？(保留3位有效数字) 答案：370 W　 太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率P＝ W≈370 W。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？(保留2位有效数字) 答案：10% 太阳能节能灯利用太阳能的效率η＝×100%≈10%。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 12．(10分)太阳能、风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能、风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。如图，某发电厂安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25 kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径R＝80 m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气动能的10%转化为电能(π取3.14，结果均保留3位有效数字)。 (1)求每台风力发电机的发电功率P； 答案：1.57×105 W　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 设时间t0内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有V＝πR2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10%Ek 联立并代入数据解得P＝1.57×105 W。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 (2)已知标准煤的热值q＝3.0×107 J/kg，则该风力发电厂年发电量(以365天计算)相当于燃烧多少标准煤产生的热量？ 答案： 3.30×105 kg 2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间为t＝365×24×3 600 s，年发电量为E＝2Pt＝qm 联立并代入数据解得m≈3.30×105 kg。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 谢 谢 观 看 第十二章　电能　能量守恒定律 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 $