12.4 能源与可持续发展 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

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、能源分类及社会发展关系。课堂导入通过永动机可行性、投篮能量转化等生活实例，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点是以物理观念（能量守恒与方向性）、科学思维（问题引领探究）、科学态度与责任（能源与环境）为核心，结合新能源汽车充电分析、能源分类活动等实例，采用合作探究与导图构建总结。助力学生建立能量观念，培养环保意识，教师可高效开展生活化教学。

第4节 能源与可持续发展 第十二章 电能 能量守恒定律 1 2 3 4 5 6 √ × × √ √ 7 任务1 能量守恒及能量转移或转化的方向性 8 9 10 内能 能量耗散 高度有用 不大可用 方向性 降低 11 12 C 13 归纳总结 14 15 任务2 能源及其应用与社会发展 16 17 18 19 20 煤炭 天然气 化石 化石 水能 潮汐能 太阳 柴薪 石油 21 温室效应 光化学烟雾 环境 节能 可再生 清洁 22 23 24 归纳总结 25 26 B 27 28 C 29 30 C 31 32 C 33 34 AD 35 36 37 1.通过任务1及其活动,知道各种形式能量的转化和能量守恒定律,知道能量转移或转化的方向性和能量耗散。(物理观念、科学思维) 2.通过任务2及其活动,知道能源的分类与应用,了解能源与社会发展的关系,知道节约能源和开发新能源的意义。(物理观念、科学态度与责任) 重点难点:能量转移或转化的方向性及能量耗散;能源的利用和社会持续发展的关系。 　　教学建议:能源与环境是社会关注的两个问题。通过本节的教学,应使学生理解这两个社会问题产生的原因。可在课前布置学生预习和自学,分几个专题,以学习小组为单位布置学生查找资料,在课堂上让学习小组的代表汇报自学情况以及查找资料的成果。结合学生的交流情况,引导学生思考:人类现在可用的清洁能源有哪些?21世纪人类利用能源的趋势是什么?在课后布置学生就清洁能源的利用和我们的未来生活写一篇小论文。本节教学应充分联系生产和生活实际,开展丰富多彩的社会活动,引导学生关注社会、关注人类的未来,并充分体现从生活走向物理、从物理走向社会的教学思想和教学理念。 导入新课:我们知道,内能可以转化成电能,电能可以转化成光能、内能、机械能……既然能量是守恒的,不会凭空消失,那么为什么永动机不能制成?为什么我们还要节约能源呢? 思考并回答问题。 思考1:请你分析体育课上同学投篮的整个过程中存在哪些能量转化过程。 提示 人体的化学能通过做功的方式转化为篮球的动能,篮球斜向上飞行过程中动能大部分转变为重力势能,还有一部分因篮球与空气摩擦转化为内能,篮球与篮板或篮圈碰撞的过程动能转化为弹性势能,等等。 思考2:水力发电是把水的重力势能转化为电能。一游乐场建设了一个微型水力发电厂,高处的水自由落下,带动发电机发电,又把发出的电接到电动抽水机上,把落下来的水抽到高处去。请问:能否实现在不补充电能的情况下,让这个微型水力发电厂永久运行下去?说说你的理由。 提示 不能。高处的水自由落下时不可能把重力势能全部通过发电机转化成电能,电动抽水机不能把电能全部转化成机械能,周而复始,水在高处的重力势能将消耗殆尽,因此必须不断地补充电能才能实现。 正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡。 (　　) (2)能量耗散会导致能量品质降低,也会导致总能量的减少。 (　　) (3)核能是可再生能源。 (　　) (4)当一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增加。 (　　) (5)能量耗散反映了自然界中涉及能量转化的宏观自然过程具有方向性。 (　　) 为了节能减排,我国大力发展新能源汽车。如图所示,电源正在给电动汽车中的锂电池充电。 1.汽车充电和加速运动时,能量是如何转化的? 2.汽车运动时,锂电池的部分能量会转化成内能。这部分能量还可以再重新收集起来供人类利用吗?什么是能量转移或者转化的方向性? 解答 汽车充电时电能转化为锂电池的化学能和内能;加速运动时,锂电池的化学能转化为汽车的机械能和内能。 解答 汽车充电、运动过程产生的内能,是以热量的形式散发出去,不会再自动聚集起来供人类重新利用。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,具有方向性。比如高温物体会自发地把内能转移给低温物体,使它们的温度趋近相同,但低温物体却不会自发地把内能转移给高温物体,使其温度更高。 3.某同学用这样一种装置来发电:在距离地面h高处修建一个大水池,让水池的水通过导水渠冲向地面,利用水渠中的流水带动发电机发电,发电机发出的电能一部分用来照明,另一部分用来将流下的水全部抽回水池。这样就永远有供照明的电了!你认为该方案可行吗?为什么? 解答 该方案不可行。因为抽水发电,发电与抽水的过程中,是机械能与电能的相互转化,在此过程中,有部分机械能和部分电能会转化为内能,即机械能和电能都会逐渐减少,所以机械能和电能的总量不守恒,发电机和抽水机就不可能不停地运转下去,故不可能永远有供照明的电。 能量耗散和品质降低 (1)能量耗散:系统的　　　　流散到周围环境中,没有办法把这些内能收集起来加以利用,这种现象叫作　　　　　　。  (2)品质降低:能量从　　　　　　的形式降级为　　　　　的形式叫品质降低。  (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　　　　,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　　　。  　问题讨论 (1)自然界中的能量转换是如何实现的? (2)如何正确理解能量耗散和品质降低? 提示 (1)通过某种力做功实现。 (2)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,再也不能驱动机器做功了;能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,但会将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。 应用　能量守恒定律的应用 (改编) 某地强风的风速约为v,空气的密度为ρ,若把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能,则用上述已知量计算电功率的公式为 (　　) A.P=ρSv　　　　　　　 B.P=ρSv2 C.P=ρSv3 　　　　　　 D.P=ρSv4 解析 风能完全转化为电能,由能量守恒定律得mv2=Pt,其中m=ρV=ρvtS,联立解得P==ρSv3,C项正确。 1.能量守恒定律的适用范围 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。 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.应用能量守恒定律解题的思维流程 (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)。 目前,人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质。这些能源在地球上的总储量是有限的,燃烧使用后在几百年,乃至几千年内是无法再生的。如果人类不研究和开发新能源,能源危机就会迫在眉睫。所以,为了解决能源危机,世界各国都在积极研究和开发可再生能源和核能等。 1.什么是不可再生能源?什么是可再生能源? 解答 无法在短时间内再生的能源叫作不可再生能源,如煤炭、石油和天然气等。自然界可以再生的能源叫作可再生能源,如水能、风能、潮汐能等,这些能源归根结底都来自太阳能。 2.太阳能发电、水力发电、风力发电、核能发电各有什么优、缺点? 解答 对环境的影响力小、资源广是太阳能发电、风力发电的优势,但劣势是不稳定、容量小;水力发电的优点是成本低、容量大、稳定性好,是我国电力的主要来源之一,缺点是受自然条件影响较大。重核裂变和轻核聚变都能产生巨大的能量,同质量的物质,核燃料释放的能量要远大于化石燃料释放的能量,相对污染也小于化石燃料。核能利用最大的问题是防止核泄漏以保障安全,及核废料的处理。 3.化石能源的大量消耗会带来很多环境问题,如温室效应、酸雨、光化学烟雾等,请谈谈它们的危害。 解答 温室效应使两极的冰雪融化,海平面上升,淹没沿海城市,使海水倒流入河流,从而使耕地盐碱化。酸雨对人类是有害的,首先危害人体健康,由于酸雨可溶解空气及土壤中的重金属粒子,使其变成对人体有害的物质,人饮用了这种水就会诱发各种疾病;其次使土壤酸度增加从而危害植物的正常生长,使土壤酸化;河流湖泊酸化后就影响水生物及鱼类的生长等,严重破坏生态环境;再者酸雨是强腐蚀剂,能腐蚀建筑材料。光化学烟雾有毒,能引起人的多种疾病。 4.人类生存和发展需要利用能源,但能源的开发和利用会破坏环境。为了实现可持续发展,我们需要坚持怎样的原则? 解答 可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡,为了实现可持续发展,我们一方面要大力提倡节能,采取节能措施;另一方面要发展可再生能源以及清洁能源。 1.能源的分类与应用 (1)不可再生能源:　　　、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　　　　能源。　　　　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:　　　、风能、　　　　等能源,归根结底来源于　　　能。这些能源在自然界可以再生,叫作可再生能源。  2.能源与社会发展 (1)人类对能源的利用大致经历了　　　时期、煤炭时期和　　　　时期。  (2)环境问题:过度使用化石能源带来的环境问题有　　　　　　、酸雨、 　　　　　　　等。  (3)可持续发展的核心是追求发展与资源、　　　的平衡:既满足当代人的需求,又不损害子孙后代的需求。这就需要树立新的能源安全观,并转变能源的供需模式。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。  　将下列给出的各种能源按给出的划分依据进行分类。 能源:煤炭、木柴、石油、太阳能、电能、核能、潮汐能、地热能、风能、煤油、沼气。 (1)划分依据:一次能源;分类:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)划分依据:二次能源;分类:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)划分依据:可再生能源;分类:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)划分依据:不可再生能源;分类:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  提示 (1)煤炭、木柴、石油、太阳能、核能、潮汐能、地热能、风能。 (2)电能、煤油、沼气。 (3)木柴、太阳能、潮汐能、地热能、沼气、风能。 (4)煤炭、石油、核能、煤油。 对能源分类的理解 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按形式或转换特点分 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换而成 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 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按可否再生分 可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 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) 应用　能源的开发与利用 我国自古有“昼涨称潮,夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的,以月球对海水的引力为主。图1、图2是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸门,水由通道进入海湾水库蓄水,待水面升至最高点时关闭闸门。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为5.0×108 m2,平均潮差为3.0 m,一天涨、落潮两次,发电的平均能量转化率为10%,水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 m/s2,则一天内发电的平均功率约为 (　　) A.2.6×104 kW　　　　　　 B.5.2×104 kW C.2.6×105 kW 　　　　　　 D.5.2×105 kW 解析 发电时水减少的重力势能ΔEp=mg·=ρShg·,一天发电两次,转化成的电能E=2ΔEp×10%,所以P==5.2×104 kW,B项正确。 1.(任务1)关于能量耗散,下列说法中正确的是 (　　) A.能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了 B.能量耗散表明,能量守恒定律具有一定的局限性 C.能量耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上并未减少,但在可利用的品质上降低了 D.能量不可能耗散,能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性 解析 能量耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上并未减少,但在可利用的品质上降低了,C项正确。 点评　本题考查物理观念,要知道能量耗散的具体含义。 2.(任务1)(改编)某款太阳能车载摆件如图所示,它的工作原理是太阳光照射摆件时,内部太阳能板可将太阳能转化为电能,通电后控制器带动转盘绕竖直中心轴转动,转盘边缘焊接有一金属伞。圆柱面边缘有如图所示的竖直圆盘,圆盘内部分镂空成弯曲的伞形,当转盘转动后金属伞恰好可通过该镂空的金属伞。下列说法正确的是 (　　　) A.该摆件能将太阳能全部转化为电能,没有能量的耗散 B.转盘转动过程中不遵守能量守恒定律 C.可以在金属伞上找到线速度相同的点 D.该摆件不需要额外提供能量,所以是永动机 解析 该摆件不可能将太阳能全部转化为电能,该过程一定有能量的耗散,A项错误;能量守恒定律是普适性规律,转盘转动过程中也遵循能量守恒定律,B项错误;金属伞上各点的角速度相等,根据v=ωr可知,可以在金属伞上找到转动半径相等的点,这些点的线速度相同,C项正确;该摆件的能量来自太阳能板(将太阳能转化为电能),不是永动机,D项错误。 3.(任务2)下图是一幅“能源分类相关图”,以下四组能源中,全部符合图中阴影部分的是 (　　) A.煤炭、石油、沼气 B.水能、潮汐能、天然气 C.太阳能、风能、生物能 D.地热能、海洋能、核能 解析 煤炭、石油都是不可再生能源,A项错误;天然气是一种化石燃料,是不可再生能源,B项错误;太阳能、风能、生物能都是可再生新能源,都来自太阳能,C项正确;地热能来源于地球内部的热量,核能是指核裂变或聚变时产生的光能和热能,不是源于太阳能的辐射,D项错误。 4. (任务2)(多选)装在屋顶上的太阳能电池板如图所示,每块电池板的面积为2 m2。晴天时,电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104 J,电池板的光电转化效率为25%。以下说法正确的是 (　　　) A.太阳能为可再生能源 B.电池板的光电转化效率为25%,表示此过程能量不守恒 C.晴天时太阳照射2 h,每块电池板产生的电能为1.44×107 J D.晴天时的一天,一块电池板产生的电能大约可以供十盏 60 W的白炽灯正常工作6.5小时 解析 太阳能可以从自然界里源源不断地得到补充,属于可再生能源,A项正确;电池板的光电转化效率为25%,只是表示太阳能有25%能转化成电能,并不代表能量不守恒,B项错误;由题意可知晴天时太阳照射2 h,每块电池板产生的电能E=2×6×104×2×60× 25% J=3.6×106 J,C项错误;晴天时的一天,日照按8 h计算,一块电池板产生的电能E'=4E=1.44×107 J,能让十盏60 W的白炽灯工作的时间t===2.4×104 s≈ 6.7 h,D项正确。 $