能源与可持续发展 专题复习课件 -2027届高考物理一轮复习

第十二章 电能 能量守恒定律 4 能源与可持续发展 1 知识点1 能量 基本点 1.能量的概念 一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量. 2.能量的多样性 能量的形式是多种多样的，包括机械能、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等. 3.功是能量转化的量度 能量的转化是通过做功来实现的，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. 知识梳理 2 求甚解 功和能的区别与联系 （1）能是和物体状态有关的物理量，是一个状态量；而功是和物体状态变化过程有关的物理量，是一个过 程量.两者有着本质的区别. （2）做功可以使物体具有的能量发生变化，但功和能不能相互转化. （3）不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程. 3 知识点2 能量守恒定律 重点 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. 拓展1、2 1 能量守恒定律是一个人发现的吗? 能量守恒定律不是一个人单独发现的，到了19世纪40年代前后，科学界已经形成一种思想氛围，即用联系的观 点去观察自然，各种不同的能量可以相互转化，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独 立提出了能量守恒定律的内容. 2 不消耗能量却可以源源不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的（选修三学习）. 2.表达式 （1）守恒型：；（2）转化型：；（3）转移型： . 4 3.对能量守恒定律的理解 （1）各种形式的能量：自然界存在多种形式的能量，不同形式的能量之间可以相互转化. 注意1 图解1 1 各种形式的能量可以相互转化，即当某个物体的能量减少时，一定有其他物体能量增加，且减少的 能量一定等于增加的能量，反之亦然. 5 1 （2）能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体.无论 能量如何转化和转移，在一个封闭系统中，总能量始终保持不变.这里 的封闭系统是指与外界没有能量交换的系统.在实际情况中，虽然可能 存在与外界的能量交换，但在考虑较大的系统或较长的时间尺度时， 能量守恒定律仍然适用. 易错1 1 物体在空中下落的过程中受到阻力，物体的能量不守恒，这种说法是错误的.物体的机械能虽然不守 恒，但包括内能在内的总能量是守恒的. 6 4.能量守恒定律的意义 （1）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； （2）能量守恒定律是自然界的普遍规律，它贯穿于各个学科和领域，对于我们理解和研究自然界中的各种 现象和过程具有重要的意义. 划重点 能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线，任何形式的能量之间都 可以相互转化，但转化过程并不减少它们的总量. 举例1 1 飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它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，进入大气层后，返回舱表面温度逐渐升高.该过程机械能转化为内能，根据能量守恒定律可知， 机械能和内能的总量不变. 要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移.求解实际问题时对减少的某种能量要追踪它的 去向，可以按照“总的减少量 总的增加量”列出数学方程. 7 知识点3 能量转移或转化的方向性 基本点 1.能量转化和转移的方向性 能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性. （1）机械能和内能转化过程的方向性（热力学第二定律内容，将在选择性必修三中学习） 机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化.无论何种热机，都不可能百 分之百地把内能变成机械能，即热机的效率一定小于1. 举例2 2 在路面上行驶的汽车最后会停止下来，机械能减少，而内能增大，机械能全部转化为内能.但燃料 燃烧产生的内能只有部分转化为机械能，使汽车重新运动起来，还有部分仍以内能的形式存在. 8 （2）热传递的方向性（热力学第二定律内容，将在选择性必修三中学习） 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移. 举例3 拓展3 3 把刚煮好的鸡蛋放在冷水中，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. 但不会发生原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度升高的现象. 3 第二类永动机是不可能制造成功的 （1）有人想设计一台机器，该机器能自动地从低温热源吸收内能，向高温热源释放，高温热源将得到的能量通 过另一台做功装置对外做功.这样，不需要任何其他动力机械，不消耗任何其他能源，整个循环可永远进行下去. 这样的机器被称为第二类永动机. （2）第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的方向性，热量不可能不消耗其他能量而 自发地从低温热源转移到高温热源.因此，第二类永动机是不可能制成的. 9 2.能量的耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象. 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. 3.能量的转化效率 （1）定义：转化后有用的能量与输入的能量的比值叫作能量的转化效率. （2）表达式：能量的转化效率 . 说明：能量在转化和转移过程中总存在一定的损失，不可能 地被利用. 10 知识点4 能源的分类与应用 基本点 1.能源 （1）概念:能源指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会活动的物质基础. （2）分类 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. 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. 2.能源的开发与利用 （1）珍惜利用常规能源. （2）防治生产和生活的污染. （3）开发绿色新能源. 11 3.能源与社会发展 要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式.一方面大力提倡节能，另一方面要发 展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人与自然和谐发展的生态文明. 图解2 12 2 能源的分类与能量转化 4.我国在能源开发方面取得的伟大成就 （1）“无穷无尽”——太阳能发电 目前我国是最大的光伏产品制造国. （2）丰富清洁——水力发电 到2024年12月，我国水电装机容量达 . （3）“永葆青春”——风能发电 我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一. （4）未来希望——核能发电 我国的核能发电技术已居于世界领先地位. 13 能力进阶 重难点1 功能关系 重点 几种常见的功能关系及其表达式 （1）合力做功，动能变化， ； （2）重力做功，重力势能变化， ； （3）弹簧弹力做功，弹性势能变化， 弹； （4）系统内除重力和弹力之外的力做功，机械能变化， . （5）作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加, . 重难点突破 14 例1 如图所示，物体在不可伸长的轻绳作用下竖直向下做匀加速运动，加速度为 ，空气阻力不计，重力 加速度取 .下列关于物体在下降过程中的叙述正确的是( ) D A.物体重力势能减少量与动能增加量相等 B.绳的拉力对物体做正功 C.物体机械能一定增大 D.绳的拉力做的功等于物体机械能的变化量 【解析】对物体受力分析，由牛顿第二定律有，因 ，方向向下，则可知绳有向上的拉 力，对物体由动能定理，有 ,结合功能关系可得物体重力势能减少量大于动能增加量，故A错误； 拉力与物体的运动方向相反，故拉力对物体做负功，故B错误；拉力对物体做负功，由功能关系可知物体的机 械能减小，故C错误；由功能关系可知拉力对物体做的功等于物体机械能的变化量，故D正确. 15 重难点2 能源利用与能量耗散 重点 （1）各种形式的能量最终都转化为内能，耗散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大， 它都不能再驱动机器做功. （2）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 式降级为难以利用的形式. （3）能量的转移或转化具有方向性. 16 例2 [浙江绍兴2026高三下期末] （多选）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投 产发电.电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电. 电站每年可生产清洁电能 .已知峰电0.50元/度，谷电0.30元/度.下列说法正确的是( ) AD A.水能是可再生能源 B.电站先将电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量的转移或转化没有方向性 C.电站先将电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D.电站每年发电直接产生的经济效益约为 万元 17 【解析】水能是可再生能源，故A正确；能量的转化或转移具有方向性，故B错误；电站将电能转化为势能储存， 在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量耗散掉，不能实现百分之百地被利用，而且再转化为电 能的量减少了，说明可利用的品质下降了，故C错误；电站每年可生产清洁电能为 ，则需 要消耗的电能为 ，则电站每年发电直接产生的经济效益（点拨：谷电是抽水消耗的电能，峰电是放水 生成的电能）为元元 万元，故D正确. 18 重难点3 能量守恒定律的应用 重点 19 例3 [吉林通化2026高三下期末] 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，给炎热的夏季带来一丝凉爽.该装置的能量转化情况是( ) A 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 【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A正确. 20 $