4.1 能量 能量守恒定律&4.2 能源&4.3 环境保护与可持续发展(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（教科版)

该高中物理导学案围绕能量、能量守恒定律、能源及环境保护与可持续发展展开，通过儿童滑梯情境图片引导学生分析能量转化，衔接机械能守恒等前序知识，搭建从能量形式到能源利用的学习支架。 资料融合物理观念建构与科学思维训练，以“自发电电动车”探究培养科学推理，结合能源分类表格与环境案例分析提升科学探究能力，习题设计联系实际，强化科学态度与责任，助力学生形成能量观念和可持续发展意识。

1.能量　能量守恒定律　 2.能源 3.环境保护与可持续发展 物理观念：1.知道能源的利用方式。2.理解能量守恒定律。 科学思维：能够分析能量转化与转移的具体过程，理解能量耗散与品质降低的含义。 科学探究：能通过小组讨论、社会调查或案例分析等方式，探究能源利用对环境的影响及优化途径。 科学态度与责任：1.理解能源、环境与人类生存的关系。2.知道能源的开发和利用对环境造成的污染。 知识点一　能量　能量守恒定律 1.机械能守恒与不守恒 （1）系统机械能守恒的条件：只有　　　做功。 （2）外力：　　　　　　的物体对系统内物体的作用力。 其他内力：系统内的物体间除了　　　　之外的其他相互作用力。 （3）如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化：如果外力做正功，系统的机械能　　　；反之则系统的机械能　　　。 2.能量的分类：能量的形式与物质的　　　　　　直接相关；机械运动对应着　　　　；热运动对应着　　　；电磁运动对应着　　　　　，化学变化对应着　　　　，原子核的变化对应着　　　。 3.能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式　　　为另一种形式，或者从一个物体　　　到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量　　　。 知识点二　能源 1.能量的品质 （1）在自然界，一切自发的过程都有一定的　　　　　。 （2）从人类对能量的利用的角度看，能量是有品质高低之分，内能（热能）是　　　　　的能量。 2.能源：能够提供人类所需能量的自然资源。 3.能源的分类 （1）一次能源和二次能源 ①一次能源：直接来自自然界未经加工、转换的能源，也叫　　　　　　。 ②二次能源：由一次能源　　　　　　、转化而来的能源产品。 （2）可再生能源和非可再生能源 ①可再生能源：具有天然的　　　　　　。 ②非再生能源：在短期内　　　　　的能源。 （3）传统能源和新能源 ①传统能源：从工业革命至今，这期间人类生产、交通、生活中使用的能源主要是　　　、　　　、　　　　　，即化石能源，它们被称为传统能源。 ②新能源：最近才开始大规模开发利用的能源。 知识点三　环境保护与可持续发展 1.环境污染与能源的大量消耗有着密切关系。 2.　　　　是真正的新能源。 3.环境的破坏不只与能源的过量消耗有关，很多人类的活动都会破坏环境。 如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列正误。 （1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小。（　　） （2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变。（　　） （3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内能。（　　） （4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶端。（　　） 要点一　能量的转化与守恒 　近几年流行一种“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？ 1.对能量转化的理解 各种不同形式的能量可以相互转化，例如，水电站发电是将水的重力势能转化为动能推动水轮发电机发电，电能通过电磁炉可以转化为内能等。能量的转化是通过做功来实现的。力对物体做了多少功，就有多少能量发生转化，即功是能量转化的量度。 2.对能量守恒定律的理解 （1）能量守恒定律是各种自然现象中普遍适用的一条规律。前面学过的机械能守恒定律是有适用条件的，即机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在特殊条件下的一种表现形式。例如，物体在空中下落受阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量是守恒的。 （2）能量守恒定律的两种表达式 ①E初=E末 初状态各种形式能量的总和等于末状态各种形式能量的总和。 ②ΔE增=ΔE减 从转化的角度看，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；从转移的角度看，某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 （3）能量守恒定律的物理意义 能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，能量守恒定律的发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。 物体由地面以120 J的初动能竖直向上抛出，当它从抛出点至上升到某一点A的过程中，动能减少了40 J，机械能减少10 J。设空气阻力大小不变，以地面为零势能面，则物体（　　） A．落回到地面时机械能为70 J B．到达最高点时机械能为80 J C．从最高点落回地面的过程中重力做功为60 J D．从抛出到落回地面的过程中克服摩擦力做功为60 J 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.（2026•四川眉山仁寿期末）物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　） A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律 B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒 C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用 D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源 2.风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情境。风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中： （1）单位时间内每台风力发电机获得的风能表达式； （2）风力发电机利用风能的效率表达式。 要点二　能源的分类与利用 　仔细观察下列两幅图片，回答下面问题。 （1）人类社会能离开能源吗？ （2）能源的使用会对环境带来破坏吗？都有哪些破坏？ （3）为什么要开发新能源？目前开发的新能源都有哪些？ 1.对能量耗散和能量品质的理解 （1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。 （2）从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。 （3）能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。 2.能源的四大分类方式及能源特点对比 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 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） 3.能源对环境的影响 （1）常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升、海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。 （2）做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题。例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。 下列说法中正确的是（　　） A．直接来自于自然界的能源就是二次能源 B．新能源是技术比较成熟的能源 C．二次能源就是新能源 D．从自然界的能源转化而来的能源是二次能源 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.〔多选〕下列关于能源的说法正确的是（　　） A．能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 2.“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　） A．因为能量守恒，所以不要节约能源 B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 要点回眸 1.〔多选〕以下关于能源的利用说法正确的是（　　 ） A．三峡大坝是利用水的重力势能来发电的 B．风能发电是将内能转化为电能的 C．核能是一种存储在原子核外部的能量 D．水能资源最显著的特点是可再生、无污染 2.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。下列说法正确的是（　　 ） A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 3.关于能量和能源，下列说法正确的是（　　 ） 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．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量的品质降低了 4.〔多选〕（2026•四川广元段考）下述做法能改善空气质量的是（　　） A．以煤等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用纯电动车汽车代替燃油公交车 完成课后作业　第四章　1.　2.　3. 答案 1.能量　能量守恒定律　2.能源 3.环境保护与可持续发展 【基础知识落实】 知识点一 1.（1）重力或弹力　（2）系统以外　重力或弹力　（3）增加　减小 2.运动形式　机械能　内能　电磁能　化学能　核能 3.转化　转移　不变 知识点二 1.（1）方向性　（2）品质最低 3.（1）①初级能源　②经过加工　（2）①自我恢复能力 ②无法再生　（3）①煤炭　石油　天然气 知识点三 2.核能 情境思辨 （1）×　（2）√　（3）√　（4）× 【核心要点突破】 要点一　 知识精研 【探究】　提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。 【典例 1】　D　物体以120 J的初动能竖直向上抛出，做竖直上抛运动，向上运动的过程中重力和阻力都做负功，当上升到某一高度时，动能减少了40 J，而机械能损失了10 J。根据功能关系可知：合力做功为－40 J，空气阻力做功为－10 J，对从抛出点到A点的过程，根据功能关系mgh＋fh=40 J，fh=10 J，得f=mg，当上升到最高点时，动能为零，动能减小120 J，设最大高度为H，则有mgH＋fH=120 J，解得fH=30 J，即机械能减小30 J，在最高点时机械能为120 J－30 J=90 J，即上升过程机械能共减少了30 J；当下落过程中，由于阻力做功不变，所以机械能又损失了30 J，故整个过程克服摩擦力做功为60 J，则该物体落回到地面时的机械能为60 J，从最高点落回地面的过程中重力做功等于最高点具有的机械能，故重力做功为90 J，故A、B、C错误，D正确。 素养训练 1.C　牛顿发现了万有引力定律，并通过月—地检验证实了万有引力定律，故A错误；能量耗散是指能量的可利用率越来越少，但是仍然遵守能量守恒定律，故B错误；相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故C正确；虽然能量守恒，但是随着可利用能源的使用，能量的可利用率越来越少，故要节约能源，故D错误。 2.（1）πr2ρ　（2） 解析：（1）由能量守恒定律可知m=P总t① 而m=πr2v0tρ② 把②代入①解得P总=πr2ρ。 （2）η==。 要点二　 知识精研 【探究】　提示：（1）人的衣食住行离不开能源，人类社会的存在和发展离不开能源。 （2）会的，如大气污染、温室效应、酸雨等。 （3）因为化石能源的资源有限，而且对环境有很大破坏，所以我们要开发新能源。目前开发的新能源有太阳能、风能、水能、核能等。 【典例 2】　D　从自然界直接取得的能源是一次能源，从自然界能源转化而来的能源是二次能源，故A错误，D正确；新能源是新兴产业，技术上仍处于起步阶段，故B错误；二次能源是由一次能源直接或间接转换而来的能源，不是新能源，故C错误。 素养训练 1.BC　尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源（石油、煤炭）的利用比新能源（核能）的利用对环境影响大，C正确，D错误。 2.C　能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了。虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故C正确；人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，故D错误。 【教学效果检测】 1.AD　三峡水力发电是将水的重力势能转化为电能，选项A正确；风能是将空气的机械能转化为电能，选项B错误；核能是一种存储在原子核内部的能量，选项C错误；水能资源最显著的特点是可再生、无污染，选项D正确。 2.C　自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，故C正确。 3.D　化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A错误；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C错误，D正确。 4.BD　以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如CO、CO2、SO2等有害气体，导致污染大气、温室效应、酸雨等环境问题，故A错误；利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源（如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等），故B正确；汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，汽车越多，则污染越严重，使用电动车不会产生污染，故C错误，D正确。 5 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $