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

该高中物理导学案围绕能源与可持续发展展开，核心知识点包括能量守恒定律、能量转移或转化的方向性、能源的分类与应用及能源与社会可持续发展的关系。通过回顾能量守恒引入转化方向性，衔接能源分类与社会发展，搭建知识支架帮助学生梳理前后脉络。 资料特色在于知识梳理系统，疑难点解析结合典例（如风能转化、电冰箱案例），能力自测针对性强。通过科学推理分析实际问题培养科学思维，联系能源与环境问题渗透科学态度与责任，助力学生构建能量观念，提升解决实际问题的能力。

第4节 能源与可持续发展 学案 学习目标： 1.知道能量转移或转化的方向性。 2.知道能源的分类和应用。 3.知道能源与社会可持续发展的关系。 知识梳理： 一、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。 二、能量转移或转化的方向性 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。 2.能量转化的方向：物体的机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能而使物体恢复原来的机械运动。 3.能量的耗散：燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为热能和光能，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。能量耗散表明，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，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成了不便于利用的能源。 三、能源的分类与应用 1.可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等。 2.不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等。 3.我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。 四、能源与社会发展 1.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期和石油时期。自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。 2.能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 3.能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。 4.人类与能源的关系 (1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能量消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。 (2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。 疑、难点理解： 1　能量的转化与守恒 1.自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变。 2.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。 3.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。 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)。 典例1：某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积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 答案　C解析　风能转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。 2　能量转移或转化的方向性 典例2： (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，这说明了(　　) 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 答案　BD解析　一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，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。故本题答案为B、D。 3　能源与社会发展 1.能源开发 人类社会要发展，能源是必不可少的资源，但现有的煤、石油、天然气等化石燃料都是远古时期储存的太阳能，不可再生，不久的将来都要枯竭。同时，大量使用这类燃料对环境的破坏非常严重，所以迫切需要找到新的替代能源。现有条件下，可供利用的新能源主要有地热能、太阳能、海洋能、生物能等。 2.环境问题 (1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。 (2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。 (3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。 (4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。 典例3：关于能源的利用和节约，下列说法正确的是(　　) A.根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100% B.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 C.节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关 D.在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉 答案　D解析　能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律。但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。 能力自测： 1.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。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。该装置的能量转化情况是(　　) A.太阳能→电能→机械能 B.太阳能→机械能→电能 C.电能→太阳能→机械能 D.机械能→太阳能→电能 2.(多选)下列关于能量的耗散的说法正确的是(　　) A.能量的耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律 B.能量的耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用 C.各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D.能量的耗散导致能量品质的降低 3.针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是(　　) A.排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律 B.排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律 C.当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理 D.能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化 4.关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　) A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源 B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C.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 D.能量的耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了 参考答案： 1.答案　A解析　帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。 2.答案　BCD解析　能量的耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，D正确；耗散的内能很难再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。 3.答案　A解析　排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确，不符合题意；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确，不符合题意。 4.答案　D解析　化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源，选项A错误；人类在不断地开发和利用新能源，但是能量是不可以被创造的，选项B错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质降低，所以还需要节约能源，选项C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $