第四章 第1～3节 能量 能量守恒定律（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（教科版）

　第四章　能源与可持续发展 第1~3节　能量　能量守恒定律 能源　环境保护与可持续发展 核心 素养 导学 物理观念 (1)知道物体系统机械能守恒与变化的规律。 (2)知道能量的分类，掌握能量守恒定律。 (3)了解永动机不可能成功的原因。 (4)了解能量转化和转移的条件性和自然过程的方向性。 (5)了解能源的分类和能源危机。 科学思维 能够应用能的转化和守恒定律分析解决实际问题。 科学态度与责任 (1)认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念。 (2)能认识能源的过度开发和利用对环境的影响。 (3)具有力所能及的节约资源、保护环境的自觉行为。 一、能量　能量守恒定律 1.机械能的守恒与不守恒 (1)只有重力或弹力做功，系统机械能守恒。 (2)除重力或弹力以外的其他外力做正功，系统机械能增加，反之则系统机械能　　　。  (3)一个系统除重力或弹力以外，还有其他内力(如滑动摩擦力)做功，系统的机械能会　　　，同时产生　　　。  2.能量的分类 (1)机械运动对应　　　　。  (2)热运动对应物体　　　　。  (3)电磁运动对应电磁能。 (4)化学变化对应化学能。 (5)原子核变化对应　　　。  3.能量守恒定律 (1)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，在转化或转移的过程中其总量不变。 (2)企图不消耗任何能量而对外做功的永动机违背　　　　　定律，不可能成功。  二、能源 1.能量的品质 (1)在自然界中，一切自发的过程都有一定的　　　性。  (2)能量在利用过程中，品质会逐渐　　　。  2.能源：能够提供人类所需能量的自然资源。 3.能源的三种分类方法 (1)一次能源和二次能源。 (2)可再生能源和非再生能源。 (3)传统能源和新能源。 4.解决能源问题的出路 (1)节流。(2)开源。 三、环境保护与可持续发展 1.人类社会的发展，生产力的提高，依赖于能源的大量消耗。 2.消耗以化石能源为主的非再生能源，会越用越少，直到枯竭，这样就谈不上可持续发展。 3.大量开发利用可再生能源、新能源，减少不可再生能源的消耗，保护环境，保护我们的地球家园。 1.如图所示是贵州胜景——黄果树大瀑布，是世界上最阔大壮观的瀑布之一。瀑布中的水具有哪几种机械能? 2.如图所示，下列运动中能量是如何转化的? 3.冬天未安装暖气的室内，我们可以用如下图所示的电暖气进行取暖。 试对以下结论作出判断： (1)热量可以自发地从电暖气向温度较低的周围空间传递。 (　 ) (2)该现象说明能量的传递过程具有方向性。 (　 ) (3)实际上热量不可能由低温物体传递到高温物体。 (　 ) 4.可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3 的可燃冰可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水。试对以下结论作出判断。 (1)可燃冰是不可再生能源。 (　 ) (2)1 m3的可燃冰比0.8 m3的水质量小。 (　 ) (3)不可再生能源在利用过程中加剧了温室效应现象。 (　 ) (4)在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源。 (　 ) 新知学习(一)|能源的类型与应用 [任务驱动] 如图所示是我国能源结构的统计图。请总结出我国能源结构或能源现状的规律，并提出解决这种现状的合理化建议。 [重点释解] 1.能源的分类 能源分 类方法 能源分 类名称 特点 举例 按形式 或转化 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化而成 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 可循环再生 水能、风能、生物质能、地热能 不可再 生能源 短期内无法恢复 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) 　[特别提醒]　同一种能源按照不同的分类方式属于不同的类别。 2.常规能源和新能源的转化途径 不同形式的能量可以转化为同一种形式的能量，某种能量通过不同的方式可以转化为多种不同形式的能量。 [针对训练] 1.“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是 (　 ) A.煤炭、石油、潮汐能 B.水能、氢能、天然气 C.太阳能、风能、沼气 D.地热能、海洋能、核能 2.我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡，为了实现这一目标。 未来四十年我国应减少使用的能源是 (　 ) A.水能 B.石油能源 C.太阳能 D.风能 3.下面所列电池或电站，能把光能转换成电能的是 (　 ) A.干电池 B.太阳能电池 C.核电站 D.水电站 新知学习(二)|能量的转化与守恒 [任务驱动] 　　如图所示，某人骑自行车沿斜面匀速下坡(脚踏板不转动)，在下坡过程中，系统的动能不变，势能减小，因而能量不守恒，这种说法正确吗?为什么? [重点释解] 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.能量转化或转移的判断 3.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，能量的增加量等于能量的减少量。 [典例体验] 　　[典例]　关于下列现象中的能量转化的说法正确的是 (　 ) A.在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，是机械能转化为内能 B.电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来，是电能转化为机械能 C.火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小，是化学能转化为内能 D.用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能 听课记录： /方法技巧/ 能量转化与守恒的应用步骤 (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)。 [针对训练] 1.(2025·泸州期末检测)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，现拿去盖板，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 2.潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源。现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为S=4×106 m2，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为h=4 m时(以海水流入前的水库水面为参考系)，打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门。等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电(此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度)。由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为 (　 ) A.4.0×1010 J B.1.5×1010 J C.3.0×1011 J D.1.5×1011 J 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉物理观念——能量转化与守恒 1.(选自鲁科版教材“物理聊吧”)如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。 请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。 ◉科学思维——能量守恒定律的应用 2.(选自沪科版教材课后练习)人体在最佳状态下只能把其化学能的25%转化为有用的机械能。假设一位质量为60 kg的同学有这样的转化效率，他登山时平均每小时登高400 m，那么，在3 h内，该同学共消耗了多少化学能?g取10 m/s2。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.(2025·攀枝花期中检测)低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是 (　 ) A.能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B.能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽、用之不竭，只需不断开发 D.人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 2.(2025·山东高考)一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v做匀速运动，此时电动机的效率为50%。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力f=kv(k为常量)，该光伏电池的光电转换效率为η，则该光伏电池单位时间内获得的太阳能为 (　 ) A.　　　　　　　 B. C. D. 3.研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示。风对叶片做功，将部分风能转化为电能。设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则 (　 ) A.P∝rv3 B.P∝r2v2 C.P∝r2v3 D.P∝rv4 课下请完成课时跟踪检测(二十) 10 / 10 学科网（北京）股份有限公司 第四章　能源与可持续发展 第1~3节　能量　能量守恒定律 能源　环境保护与可持续发展 落实必备知识 [预读教材] 一、 　 1.(2)减少　(3)减少　热量　2.(1)机械能　(2)内能　 (5)核能　3.(2)能量守恒 二、 　 1.(1)方向　(2)降低 [情境创设] 1.提示:瀑布中流动的水同时具有动能和重力势能。 2.提示:瀑布中水的重力势能转化成动能;弓箭的弹性势能转化为动能;滑滑梯的小朋友的重力势能转化为动能。 3.(1)√　(2)√　(3)× 4.(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 强化关键能力 新知学习(一) 　 [任务驱动] 提示:我国的能源结构主要以煤为主;我国的能源消耗中,不可再生能源占据的比例过大,结构不合理;我国能源消耗中可再生能源的比例过小。建议:节能降耗;开发新能源;开发可再生能源(如太阳能、风能等)。 [针对训练] 1.选C　煤炭、石油是常规能源,不是新能源,潮汐能不是来自太阳,故A错误;天然气是常规能源,不是新能源,故B错误;太阳能、风能、沼气都是来自太阳的可再生新能源,所以C选项正确;地热能、核能不是来自太阳,故D错误。 2.选B　水能、风能、太阳能属于清洁能源,使用过程污染少,环保;而石油能源属于污染能源,使用过程中向空气中排碳,污染严重,所以我国应减少使用石油能源,A、C、D错误,B正确。 3.选B　干电池将化学能转化为电能,故A错误;太阳能电池可以直接将光能转化为电能,故B正确;核电站将核能转化为电能,故C错误;水电站将水的机械能转化为电能,故D错误。 新知学习(二) 　 [任务驱动] 提示:不正确。人骑自行车下坡时,受到地面和空气的阻力,阻力做功产生热量,机械能转化为内能,但总能量守恒。 [典例]　选A　在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止,这一过程中,汽车所受的阻力做负功,机械能转化为内能,选项A正确;电风扇通电后开始转动,电流做功,电能转化为机械能,有一部分转化为内能;断电后转动着的风扇又慢慢停下来,阻力做负功,机械能转化为内能,选项B错误;火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,推力做功,内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板,速度减小,阻力做负功,机械能转化为内能,选项C错误;柴油的化学能转化为柴油机的机械能,再转化为发电机的电能,电能又通过电动水泵转化为水泵的机械能,选项D错误。 [针对训练] 1.选A　去掉右侧盖板之后,液体向左侧管内流动,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,即产生的内能等于该液柱减少的重力势能,则Q=mg·h=mgh,故A正确。 2.选C　根据题意可得电能为E电=Ep×25%=4×106×4×4×1.0×103×10×2×25% J=3.2×1011 J,故日发电量约为3.0×1011 J,A、B、D错误,C正确。 浸润学科素养和核心价值 一、 　 1.提示:蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能,蒸汽轮机带动发电机转动,将机械能转化为电能使小灯泡发光,小灯泡发光将电能转化为光能和内能。 2.解析:登山时,60 kg的同学3 h内增加的重力势能为: Ep=mgh=60×10×400×3 J=7.2×105 J。 消耗的化学能E==2.88 ×106 J。 答案:2.88 ×106 J 二、 　 1.选D　在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未减少,但可利用率越来越小,故仍需节约能源,故A错误;能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小,但总量不会减小,故B错误;自然界中石油、煤炭是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的,在短时间内不能再生,是不可再生能源,故C错误;风能、太阳能、潮汐能是可再生能源,人类应多开发与利用,故D正确。 2.选A　小车做匀速直线运动,由平衡条件可知,小车的牵引力大小为F=f=kv,小车的机械功率为P机=Fv=kv2,则电动机的总功率P电===2kv2,光伏电池的光电转换效率为η=,则P阳==,则该光伏电池单位时间内获得的太阳能为,故A正确,B、C、D错误。 3.选C　设空气密度为ρ,风力发电机的效率为η,则时间t内,流过叶片转动范围内的空气具有的动能为E=mv2=ρ×(πr2)×vt×v2=πρr2v3t,所以,风力发电机的发电功率为P==πρηr2v3,即有P∝r2v3,故选C。 $