1.导学案 第十二章 电能 能量守恒定律 4.能源与可持续发展（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案聚焦“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、能源分类及可持续发展。通过飞船返回舱摩擦生热、太阳能电扇帽子等情境导入，以问题链衔接机械能与内能转化，搭建从能量守恒到能源利用的学习支架。 资料以情境化设计驱动学习，通过辨析明理、典例精研培养科学思维，结合光伏发电实践强化能量观念，习题分层设计助力知识内化，渗透可持续发展意识，落实物理观念与科学态度与责任的核心素养。

4.能源与可持续发展 学习目标 学后评价 1.知道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。 优秀□　　良好□ 2.了解能量耗散,了解自然界宏观过程中能量转化和转移的方向性。 优秀□　　良好□ 3.知道能源的类别划分,知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的重大问题。 优秀□　　良好□ 学习任务一　能量守恒定律的理解和应用 【情境引领】 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摄氏度。 问题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。 问题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:该过程中机械能向内能转化;根据能量守恒定律,机械能和内能的总量不变。 【新知导学】 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。 2.意义 能量守恒定律的建立,是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一,而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 3.适用范围 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。 4.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。 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。 (　　) (2)在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少。 (　　) (3)根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的。 (　　) (4)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。 (　　) 提示:(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 2.有人设想了一种“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。 【典例精研】 [典例1](多选)下列说法正确的是 (　　) A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加 B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加 C.能量既不会产生也不会消失 D.煤炭燃烧形成灰烬,说明煤炭的能量消失了 【解析】选A、B、C。选项A、B、C对应着能量守恒定律的内容,A、B、C正确;煤炭的化学能转化为内能,能量的形式发生了转化,而不是能量消失了,D错误。 【对点训练】 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,电动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 【解析】选A。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,故没被转化为内能的能量为初动能的,由能量守恒定律得所充的电能为Ek0=×500 J= 200 J,A正确。 应用能量转化与守恒解题的步骤 (1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。 (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)依据ΔE减=ΔE增列式求解。 利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化,分析时避免出现遗漏。 学习任务二　能量转移或转化的方向性 【情境引领】 如图所示为市面上出售的一种装有太阳能电扇的帽子。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉爽。 问题1.该装置的能量是怎样转化的? 提示:太阳能→电能→机械能。 问题2.可以把全部能量转化为机械能吗? 提示:不可以。小电扇工作时消耗电能,有内能损失,不可能全部转化为机械能。 【新知导学】 1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2.能量耗散和品质降低: (1)能量耗散:有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能,流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 (2)各种形式的能量向内能的转化,是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化,是能够自动发生、全额发生的。 (3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 (4)能量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,它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 3.能量的耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)摩擦生热的过程是不可逆过程。 (　　) (2)汽车散失的热量不能收集起来再次开动汽车,说明能量的转化或转移具有方向性。 (　　) (3)能量的耗散违背了能量守恒定律。 (　　) (4)能量耗散表明能量正在逐渐消失。 (　　) 提示:(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 2.能量耗散是否意味着自然界中的能量逐渐减少? 提示:不是。能量耗散意味着能量在转移和转化过程中可利用性越来越差,但总量保持不变。 【典例精研】 [典例2](2025·盐城高二检测)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.能量耗散会降低能源利用的品质 C.能量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 【解析】选B。太阳能转化为电能过程中会有能量损失,选项A错误;能量耗散会降低能源利用的品质,选项B正确;能量总是守恒的,能量耗散过程中总能量不会减少,选项C错误;能量总是守恒的,但是可利用的能源逐渐减少,所以需要节约能源,选项D错误。 【对点训练】 (多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气,下列说法正确的是 (　　) A.热量能自发地从低温物体传到高温物体 B.在一定条件下,热量可以从低温物体传到高温物体 C.热量的传递过程不具有方向性 D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 【解析】选B、D。自然界一切自发过程都有方向性,如热传递,热量总是由高温物体自发地传向低温物体;又如扩散,气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散。在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散,热量可以从低温物体传向高温物体,电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。综上所述,A、C错误,B、D正确。 学习任务三　能源的分类与应用　能源与社会发展 【情境引领】 如图所示为一种新型的发电装置。 问题1.该装置是利用了什么能量发电的? 提示:风能。 问题2.这种能源属于可再生能源吗? 提示:风能属于可再生能源。 【新知导学】 1.能量的分类与应用 (1)能源的分类 ①不可再生能源:煤炭、石油和天然气是目前人类生产、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,所以这类能源叫作不可再生能源。 ②可再生能源:水能、风能等能源,归根结底来源于太阳能。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:太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。 2.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,能源短缺和过度使用化石能源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: 追求发展与资源、环境的平衡: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: a.要大力提倡节能; b.发展可再生能源以及天然气、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清洁能源。 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)煤炭是可再生能源。 (　　) (2)电能是清洁能源。 (　　) (3)社会发展完全依赖于能源的供应,能源供应中断,社会发展就会立刻停滞。 (　　) (4)随着社会发展,能源利用效率一定会不断提高。 (　　) (5)大量消耗常规能源会使环境恶化,所以提倡开发利用新能源。 (　　) 提示:(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 2.能量是守恒的,为什么还要节约能源? 提示:能量的耗散表明,在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在可利用品质上降低了,从便于利用的能量变成不便于利用的能量了,因此我们要节约能源,同时积极研究和开发利用新能源和可再生能源,如核能、太阳能、风能、海洋能、生物质能等。 【典例精研】 [典例3](多选)(2025·武汉高二检测)近年来,我国能源开发取得了很大成就,关于能源和可持续发展的说法正确的是 (　　) A.通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能是目前利用太阳能最有前途的领域 B.水电站是利用水能的重要形式,水能是可再生资源 C.在自然界中,能量的转化过程都是可以自然发生的 D.能量不会凭空产生和凭空消失,不存在能源危机 【解析】选A、B。通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能是目前利用太阳能最有前途的领域,A正确;水电站是利用水能的重要形式,水能是可再生资源,B正确;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,C错误;能源危机的根本原因不是能量的产生和消失问题,而是能量转化和转移的过程具有方向性,即能量的转化和转移可能无法有效地控制或利用,D错误。 【对点训练】 (2025·兰州高二检测)关于能源与可持续发展,下列说法正确的是 (　　) A.苹果从树上落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了 B.大量使用煤炭和石油作为燃料符合“低碳生活”理念 C.太阳能电池充电时,将太阳能全部转化为内能 D.在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能 【解析】选D。苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能,能量并没有消失,A错误;大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二氧化碳的含量,不符合“低碳生活”理念,B错误;太阳能电池充电时,消耗太阳能,产生电能,是将太阳能转化为电能,C错误;根据能量转化的方向性可知,在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能,D正确。 课堂小结 情境实践 答案:①转化　②转移　③保持不变　④不可逆　 ⑤可再生　⑥不可再生　⑦平衡　⑧供需　 光伏发电是利用太阳能的技术之一,它利用太阳能电池板,将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电,还可向电网供电获得收益。如图所示,太阳光垂直照射在太阳能电池板上,在每平方米的面积上,平均每分钟能得到6.0×104 J的太阳能,如果我们能利用太阳能的10%,那么在面积为100 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为多少? 课堂检测·自我诊断 1.下列说法正确的是 (　　) A.在利用能源的过程中,能量是守恒的 B.能源是无限的 C.白石从白石山上滚下,机械能没有变化 D.能量会凭空消失 【解析】选A。在利用能源的过程中,能量是守恒的,选项A正确;虽然能量是守恒的,但是能利用的能源是有限的,选项B错误;白石从白石山上滚下,由于受到阻力或者碰撞作用,机械能会减小,选项C错误;根据能量守恒定律可知,能量不会凭空消失,选项D错误。 2.能源是人类活动的物质基础,从某种意义上讲,人类社会的发展离不开能源。下列关于能源的理解正确的是 (　　) A.根据能量守恒定律可知,人类可利用的能源是取之不尽的 B.电脑长时间不用时,使其待机比较节能 C.太阳能电池板是将光能转化为电能 D.只要能源可利用,开发时不必考虑其他因素 【解析】选C。能量虽然守恒,但有的资源容易利用,有的资源难以利用,资源短缺成为社会发展的阻碍,因而要合理开发利用,A错误;电脑长时间处于待机状态,仍会消耗电能,不节能,B错误;太阳能电池板是将光能转化为电能,储存在电池板中,C正确;能源的开发和利用,必须要考虑其对环境的影响,D错误。 3.以下交通工具中,动力装置所用能源属于可再生能源的是 (　　) 【解析】选B。燃油为不可再生能源,A、C错误;太阳能是可再生能源,B正确;蒸汽机燃料为不可再生能源,D错误。 - 11 - 学科网（北京）股份有限公司 $