5.2-5.4 能源的利用方式 能量的转化与守恒 能源与环境 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦能源利用方式、能量转化与守恒及能源与环境，通过“黄河之水”诗句等情境导入，引导学生从水能、风能等具体能源到能量守恒定律再到环境影响，构建连贯知识支架。 其亮点在于结合甘肃敦煌光热电站等实例，通过科学推理与模型建构分析能量转化问题，强化科学思维，融入环境保护内容培养科学态度与责任。资料结构清晰，例题丰富，助力学生提升应用能力，便于教师高效教学。

第五章 电能与能源的可持续发展 Physics 会分析、计算简单的水能、风能、太阳能的有关问题 02 了解各种能源的开发和利用的现状与前景 01 重点 知道自然界各种形式的能量可以相互转化，知道能量转化(转移)的方向性和能量守恒定律 03 知道能源的分类,知道能源的利用对环境的影响 04 知道环境污染的危害和环境保护的方式方法 05 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别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律。 能量守恒定律的内容是什么? 知识回顾 覆水难收 君不见黄河之水天上来 奔流到海不复回 大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性? 情境导入 01 能 源 1.定义：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会生活的物质基础。 能源 2.能源分为：化石能源(如石油、煤炭、天然气等)和新能源(如水能、风能、太阳能、核能等) 。 核心知识 1.水能包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等，主要利用水的动能与重力势能，属于清洁可再生能源。 能源的利用 2.风能主要利用风的动能发电，属清洁可再生能源。 2.太阳能利用方式较多，主要有太阳能的光热转换，光电转换和光化学转换，也可发电，属清洁可再生能源。 太阳能 热能 太阳能 电能 太阳能 化学能 集热板 储热水箱 甘肃敦煌太阳能光热发电站 太阳能塔式光热发电原理示意图 太阳能 热能 电能 青海塔拉滩光伏电站 太阳能玩具小车 人造地球卫星 太阳能路灯 太阳能计算器 太阳能 电能 4.核能 (1)核能是一种储存在原子核内部的能量，原子核发生核反应时，会释放巨大的能量。 核裂变 核聚变 释放核能的两种方式 裂变 聚变 (2)核裂变：由较重的原子核分裂成两个或多个质量较轻的原子核的反应叫作核裂变。 核能发电基本结构示意图 秦山核电站 我国第一颗原子弹爆炸时的照片 大亚湾核电站 (2)核聚变：由两个质量较轻的原子核在一定条件下聚合成一个较重的原子核的反应叫作核聚变。 我国第一颗氢弹爆炸时的照片 核能火炉：太阳 核聚变 (1)水能的利用主要利用其重力势能，将重力势能转化为水轮机的动能，然后转化为电能。(　　) (2)风力发电是将风能转化为电能。(　　) (3)家庭用的太阳能热水器是将太阳能转化为水的内能。(　　) √ √ √ 辨析 A.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为6.28×103 m3 B.每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为2.51×104 m3 C.此风力发电机发电的功率约为9.42×103 W D.此风力发电机发电的功率约为1.89×103 W √ √ 1.(多选)如图是某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成直径为40 m的圆面。若该地区的风速是5 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2 kg/m3，风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则(π取3.14) 例题 每秒冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积约为 V0=vtS=vtπR2≈5×1×3.14×()2 m3=6.28×103 m3，故A正确，B错误； 每秒内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为 Ek=ρV0v2≈×1.2×6.28×103×52 J= 9.42×104 J， 依题意可知此风力发电机的功率约为P==9.42×103 W， 故C正确，D错误。 02 能量的转化与守恒 能量种类有：机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等。 能量的转化和转移 水电站 水的机械能 转化为 电能 核心知识 动车 有轨电车 电能转化机械能 化学能→电能→光能 电能→化学能 光能→化学能 化学能→光能+内能 1.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其总量不变。 能量守恒定律 核心知识 2.能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是普遍适用的一条规律。 能量守恒定律 3.能量守恒定律的表达式 ①E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。 ②ΔE增=ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。 4.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)。 在自然界，一切自发的过程都有一定的方向性 能量的品质 1.能量转化：自然界中存在着各种不同形式的能量，并且各种形式的能量是可以相互转化的，但在大多数情况下，各种形式的能量最终都转化为内能。 能量的转化和转移 光能 风能 化学能 机械能 …… 内能 核心知识 2.热传导具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。 能量的转化和转移 3.机械能全部转化为内能的过程能自发进行，而内能全部转化为机械能的过程不能自发进行。 能量的转化和转移 光能 风能 化学能 机械能 …… 内能 4.在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的，但都遵守能量守恒定律。 (1)人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。(　　) (2)由能量守恒定律知，能量是取之不尽用之不竭的，也不必要节约能源。(　　) (3)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体。(　　) × × × 辨析 2.(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是 A.能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B.各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C.在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D.各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 √ √ √ 例题 根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的；由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的总能量仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。 3.水能是可再生能源，可为人类提供清洁的能源。如果一水力发电站水的平均流量为Q(m3/s)，落差为h，发电效率为η，水的密度为ρ水=1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，则全年发电量是多少千瓦时(可用Q，h，η表示)？ 答案　Qhη×8.76×104 kW·h 例题 每秒钟下落的水的质量， m=ρ水V=ρ水Qt 每秒钟落下的水的重力做功W水=mgh 发电量W电=W水η 全年发电量 W= 可得W=Qhη×8.76×104 kW·h。 03 能源与环境 人类 环境 能源 能源的分类 1.按人类开发能源的历史划分 常规能源：煤炭、石油、天然气、水力等 核心知识 能源的分类 1.按人类开发能源的历史划分 新能源：核能、太阳能、风能、地热能等 核心知识 能源的分类 2.按能源的基本形态划分 ①一次能源：自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、生物质能、地热能等。 ②二次能源：一次能源经过加工转化而成的能源，如电能、氢能、焦炭等。 核心知识 能源的分类 3.按对环境的影响划分 ①清洁能源(也称“绿色能源”)：太阳能、风能等。 ②非清洁能源：煤、石油等。 核心知识 如图所示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？ 答案　题图中的浓烟滚滚，可以发现存在主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染。 观察与思考 1.对大气环境的影响 能源开发利用排出的有害气体改变原有空气的组成，引起污染，造成全球气候变化。化石燃料的开采、运输、加工、转换和利用都会污染大气环境。 能源与环境 核心知识 2.对生态环境的影响 不合理开发利用能源造成生态环境破坏，随意砍伐森林、过度开采矿产造成生物多样性减少、水土流失以及土地荒漠化。 3.对居住环境的影响 能源开发利用导致人类生存环境的恶化，如能源的过度开发利用、空气能见度低、引起酸雨、抑制植物生长、加剧温室效应等。 1.温室效应：化石燃料燃烧放出大量的二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大幅增高，产生温室效应，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。 海水倒灌、耕地盐碱化 两极冰雪融化，海平面上升 环境污染的危害 核心知识 2.酸雨污染：排入大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，形成酸雨。酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长；使生物死亡，破坏生态平衡；同时腐蚀建筑结构、工业设备、动力和通信设备等，还直接危害人类健康。 被酸雨破坏的大佛像 被酸雨破坏的森林 3.臭氧层的破坏：臭氧层的存在对防止紫外线起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮挡地射到地面上，提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统，同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生态循环造成一系列的危害。另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染。 环境保护 在生产、生活中注意从以下方面保护环境： 1.防治生产和生活的污染。 2.防止建设和开发的破坏。 3.保护自然环境。 核心知识 4.下列关于能源的说法中，正确的是 A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B.由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，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，与科技进步无关 D.水能是不可再生能源 √ 例题 煤、石油、天然气等属于化石能源，最初来源可追溯到太阳能，故A正确； 能量是守恒的，但能量的品质降低了，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，B错误； 科技进步能提高能源的利用率，能更充分地利用有限的能源，故C错误； 水能在自然界可以再生，是可再生能源，D错误。 5.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。 (1)那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？ (2)已知标准煤的热值是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在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字) 答案　 (1) 2.1×1013 J　 (2) 2.4×103 t 例题 (1)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； (2)设1年内节约的标准煤的质量为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。 能源的利用方式 能量的转化与守恒能源与环境 能 源 能量的转化与守恒 能量的种类 能量的转化和转移 定义：能够提供可利用能量的物质 水能:利用水的动能与重力势能 能源 能源的利用 自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的 能源分为：化石能源和新能源 风能：利用风的动能发电 核能：利用核反应释放的能量 能量守恒定律 能量转化的方向性 能量在转化和转移过程中总量不变 能源与环境 能源的分类 按开发历史 按基本形态 按对环境的影响 能源与环境 对大气、生态环境、居住环境 环境污染的危害 温室效应、酸雨污染、臭氧层破环 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! $把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象，原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发的降低，而鸡蛋的温度上升，这一现象并不违反能量守恒定律。但是这样的过程为什么不存在呢？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。例如，假设达到相同温度的鸡蛋和水能自发的变成原来的温度的热、鸡蛋和冷水，那么原来的过程就是可逆的。但事实上这个现象是不可逆的。虽然能量是守恒的，但是在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。例如燃料燃烧时，一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。又如，电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散。能量的耗散表明，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，这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。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。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。