1.能量 能量守恒定律 2.能源 3.环境保护与可持续发展-【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（教科版）

本讲义聚焦能量、能量守恒定律、能源分类及环境保护与可持续发展等核心知识点，先通过机械能守恒条件引入能量守恒定律，再延伸至能源的一次与二次、可再生与不可再生分类，最后关联能量转化方向性及熵的概念，构建完整知识脉络作为学习支架。 资料以“自发电电动车”“神舟十一号返回舱”等情境导入引发探究，结合“风光互补”灯、可燃冰试采等案例分析，培养科学探究与科学思维能力。课中师生互动任务强化能量观念，课后针对练及计算题助力学生巩固应用，兼顾科学态度与社会责任培养，提升教学效果与学习查漏补缺效率。

1．能量　能量守恒定律　2.能源　3.环境保护与可持续发展 【素养目标】　1.了解不同形式的能，如水能、风能、核能、太阳能。2.了解可再生能源和不可再生能源，一次能源和二次能源的分类。3.知道不同形式的能量可以相互转化，在转化过程中总能量保持不变。4.知道能量转化具有方向性。5.了解熵的概念。 知识点一　能量、能量守恒定律 【情境导入】　近几年流行一种“自发电电动车”(如图所示)，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：不能。 【教材梳理】(阅读教材P144－P147完成下列填空) 1．机械能的守恒与不守恒 (1)系统的机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功。 (2)系统的机械能不守恒的条件：除了重力和弹力做功外，还有其他力做功。 (3)做功和机械能的变化 ①一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化：如果外力做正功，系统的机械能增加；反之则系统的机械能减少。 ②一个系统除重力或弹力以外，还有其他内力做功，系统的机械能会变化。 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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 【师生互动】　 “神舟十一号”飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1 000摄氏度。 任务1.进入大气层很长一段时间，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？机械能和内能的总量变化吗？ 提示：任务1.势能减少；动能增加。机械能不守恒。 任务2.机械能转化为内能；不变。 学生用书↓第140页 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，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，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：电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的。故节约的能量为初动能的，由能量守恒定律可得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。 1．能量守恒定律的重要意义 (1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。 (2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。 (3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。 2．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。 3．利用能量守恒定律解题的基本思路 (1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化。 (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)列等式ΔE减＝ΔE增求解。 针对练1.如图是城市照明中常使用的“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。下列解释合理的是(　　) A．光电池板是将电能转化为光能 B．照明灯是将内能转化为电能 C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能 D．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能 答案：C 解析：这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，B错误；“头顶”的小风扇利用风力发电，是将机械能转化为电能，C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，D错误。 针对练2.某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站，如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786 m3，发电过程中上下水库平均水位差为64 m。则下列说法正确的是(　　) A．若每天发电40 kW·h，则能源利用效率约为35% B．发电时下水库出水口的水流速度可达到36 m/s C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139 kW·h D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电(每户电功率为1.4 kW)约10 h 答案：C 解析：蓄水池中能用于发电的水的重力势能为Ep＝mgh＝ρVgh＝1.0×103×786×10×64 J≈5.0×108 J，则能源利用效率η＝＝＝28.8%，A错误；若没有任何阻力，由机械能守恒得mgh＝mv2，可得v＝＝ m/s≈36 m/s，由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于36 m/s，故B错误；蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约 kW·h≈139 kW·h，故C正确；若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间t＝≈10 h，由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于10 h，D错误。 学生用书↓第141页 知识点二　能源 【情境导入】　 (1)如图是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？ (2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？ 提示：(1)汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。 (2)不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。 【教材梳理】(阅读教材P149－P153完成下列填空) 1．能源的品质 (1)一切自发的过程都有一定的方向性。 ①地球表面的水都是从高处流向低处，除非由于某种作用而使水具有一定的向上的初速度。 ②热量总是从高温物体传向低温物体，或从物体的高温部分传向低温部分，除非有外界的某种作用存在，如空调机。 ③做功消耗的机械能可以全部转化为内能，但不能把消耗在空间的内能全部收集起来并重新全部转化为机械能，如摩擦生热。 (2)从人类对能量的利用的角度看，能量是有品质高低之分的，内能(热能)是品质最低的能量。 2．能源　能源的分类 (1)一次能源和二次能源 ①一次能源又称为初级能源，是指那些直接取自自然界的未经加工、转换的能源，如原煤、原油、天然气等。 ②二次能源：是指由一次能源经过加工、转换而形成的能源，如由原煤而生成的焦炭、煤气，由原油提炼而成的汽油等。 (2)可再生能源和非再生能源 ①可再生能源：如风能、水流能、太阳能等。 ②非再生能源：如煤炭、石油、天然气等，又称为化石能源。 (3)传统能源和新能源 ①传统能源：如煤炭、石油、天然气等。 ②新能源：如水流能、风能、太阳能、地热能、核能等。 【师生互动】　仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。 任务1.人类社会能离开能源吗？ 任务2.能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？ 任务3.为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？ 提示：任务1.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。 任务2.会；如大气污染、温室效应、酸雨等。 任务3.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、水流能、核能等。 (多选)(2025·江苏沭阳高二检测)2017年5月，我国首次海域“可燃冰”试采成功。可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3可燃冰可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水。下列关于可燃冰的说法正确的是(　　) A．“可燃冰”是不可再生能源 B．“可燃冰”属于可再生能源 C．1 m3可燃冰比0.8 m3的水质量小 D．相同体积的可燃冰和天然气完全燃烧后，可燃冰释放的热量多 答案：AD 解析：可燃冰属于不可再生能源，A正确，B错误；1 m3可燃冰可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，C错误，D正确。 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 学生用书↓第142页 D.能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散 答案：D 解析：能量的耗散过程中能量向品质低的能量转变，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，但有方向性，机械能转化为内能后，我们无法将它们收集起来重新利用，D正确，A、B、C错误。 1．对“能量耗散和品质降低”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，内能较机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可见，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．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能 针对练．(多选)以下说法正确的是(　　) A．汽油是一种清洁能源 B．煤、石油、天然气是非再生能源 C．水能是可再生能源 D．煤、石油等常规能源是取之不尽用之不竭的 答案：BC 解析：汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，A错误；水是可再生能源，C正确；煤、石油等储量是有限的，是非再生能源，B正确，D错误。 1．不同的物理现象往往反映出相同的物理规律。如图所示的现象中在能量转化方面的共同点是(　　) A．物体的机械能转化为其他形式的能量 B．物体的动能全部转化为重力势能 C．其他形式的能量转化为物体的机械能 D．物体的重力势能转化为其他形式的能量 答案：A 解析：题图中几种现象的共同特点是物体的机械能转化为其他形式的能量，选项A正确。 2．(多选)下面关于能源的说法正确的是(　　) A．一切能源是取之不尽，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 答案：BC 解析：尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，故A错误，B正确；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，故C正确，D错误。 3．下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 B．太阳照射到地球上的光能转化成其他能量，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：永动机是不消耗或少消耗能量，可以大量对外做功的装置，违背能量守恒定律，A错误；能量不可能凭空消失，B错误；能量也不可能凭空产生，D错误；由能量守恒定律可知C正确。 4．某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的风叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？ 答案：3.4 kW 解析：在t时间内作用于风车的气流质量m＝πr2vtρ 这些气流的动能为mv2 转变成的电能E＝mv2×10% 所以风车带动发电机的功率为P＝＝πr2ρv3×10% 代入数据解得P＝3.4 kW。 学科网（北京）股份有限公司 $