【優(yōu)化方案】高中物理 第4章4.4 能源與可持續(xù)發(fā)展課件 滬科必修2

4．4能源與可持續(xù)發(fā)展

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課前自主學(xué)案知能優(yōu)化訓(xùn)練4.4課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解不同能量之間的轉(zhuǎn)化，知道能源和能量耗散．2．通過對(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的確切含義．3．理解能量的轉(zhuǎn)化效率的概念并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算．4．通過了解大量消耗能源對(duì)環(huán)境造成的破壞，初步認(rèn)識(shí)科技給人類帶來的負(fù)面效應(yīng)，具有節(jié)能意識(shí)、環(huán)保意識(shí)．課標(biāo)定位重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.各種能量間的轉(zhuǎn)化及能量守恒定律的理解．2．利用能量轉(zhuǎn)化效率公式分析解決實(shí)際問題．難點(diǎn)：各種能量轉(zhuǎn)化的分析及計(jì)算．課前自主學(xué)案一、分析小汽車行駛時(shí)能量的轉(zhuǎn)化汽車行駛要消耗燃料，汽車各部分消耗的能量都是由燃油的________轉(zhuǎn)化來的，具體情況如下：化學(xué)能二、能量守恒定律的確立1．被譽(yù)為能量守恒定律奠基者的有德國(guó)的________、英國(guó)的______和德國(guó)的__________．2．能量之間的相互轉(zhuǎn)化自然界中，能的表現(xiàn)形式是多種多樣的，除了機(jī)械能外，還有內(nèi)能、電能、光能、化學(xué)能等，這些能量間可以相互_______，但總的能量______，即遵守_________________定律．邁爾焦耳亥姆霍茲轉(zhuǎn)化不變能的轉(zhuǎn)化和守恒3．能量守恒定律能量既不能憑空_______，也不能憑空_______，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量________．三、研究能量的轉(zhuǎn)化效率1．定義：轉(zhuǎn)化為_________的能量跟_______能量的比值．產(chǎn)生消失不變有用功輸入自發(fā)任何變化自發(fā)自發(fā)不可能2．表達(dá)式：能量的轉(zhuǎn)化效率＝___________.四、能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性1．內(nèi)容：機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能就不可能________地并且不引起___________地完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；在熱傳遞的過程中，內(nèi)能總是能________地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不可能______地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移．2．意義：①發(fā)現(xiàn)了第二類永動(dòng)機(jī)的_________性；②發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化的不可逆性．五、讓天更藍(lán)、水更清、地更綠1．能源(1)概念：能夠提供可利用能量的物質(zhì)，都可以稱為能源．(2)分類：①?gòu)娜祟愰_發(fā)能源的歷史劃分常規(guī)能源：煤、石油、天然氣等；新能源：核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等．②從能否再生分類可再生能源：水能、風(fēng)能等；不可再生能源：石油、煤等．2．可持續(xù)發(fā)展保護(hù)環(huán)境和自然資源．核心要點(diǎn)突破一、、功功和和能能量量的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化關(guān)關(guān)系系1．功功與與能能(1)功是是力力在在空空間間上上的的積積累累，，是是過過程程量量．．(2)能反反映映了了物物體體能能夠夠?qū)?duì)外外做做功功的的一一種種本本領(lǐng)領(lǐng)，，與與物物體體所所處處的的狀狀態(tài)態(tài)相相對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)，，是是狀狀態(tài)態(tài)量量．．2．功功與與能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化的的關(guān)關(guān)系系(簡(jiǎn)稱稱功功能能關(guān)關(guān)系系)功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程，且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)．(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度．功能關(guān)系實(shí)例(1)重力做功：重力勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化；(2)彈力做功：彈性勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化；(3)合外力做功：動(dòng)能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化；(4)除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力外，其他力做的功：機(jī)械能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化.即時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)用用(即時(shí)時(shí)突突破破，，小小試試牛牛刀刀)1．下下列列關(guān)關(guān)于于能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化的的說說法法中中正正確確的的是是()A．舉舉重重運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員把把重重物物舉舉起起來來，，體體內(nèi)內(nèi)一一部部分分化化學(xué)學(xué)能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化成成重重物物的的機(jī)機(jī)械械能能B．電電流流通通過過電電阻阻絲絲使使電電能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為內(nèi)內(nèi)能能C．內(nèi)內(nèi)燃燃機(jī)機(jī)做做功功過過程程實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了了燃燃料料的的化化學(xué)學(xué)能能向向內(nèi)內(nèi)能能的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化D．水流沖沖擊水輪輪機(jī)發(fā)電電，水流流的動(dòng)能能轉(zhuǎn)化成成電能解析：選ABD.物體被舉舉高時(shí)，，機(jī)械能能增加，，增加的的機(jī)械能能由人體體內(nèi)化學(xué)學(xué)能轉(zhuǎn)化化而來，，A對(duì)；電流流通過電電阻絲時(shí)時(shí)，根據(jù)據(jù)焦耳定定律，電電阻絲內(nèi)內(nèi)能增加加，是由由電能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化而來來，B對(duì)；內(nèi)燃燃機(jī)中燃燃料燃燒燒，將化化學(xué)能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為內(nèi)內(nèi)能，再再進(jìn)一步步轉(zhuǎn)化為為機(jī)械能能，C錯(cuò)；水力力發(fā)電的的原理就就是將水水的動(dòng)能能轉(zhuǎn)化成成電能，，D對(duì)．二、正確確理解能能量守恒恒定律1．表達(dá)式式：E初＝E末，ΔE增＝ΔE減．2．該定律律是貫穿穿整個(gè)物物理學(xué)的的基本規(guī)規(guī)律之一一，是學(xué)學(xué)習(xí)物理理學(xué)的一一條主線線．3．要分清清系統(tǒng)中中有多少少形式的的能，發(fā)發(fā)生了哪哪些轉(zhuǎn)化化和轉(zhuǎn)移移．4．能量守守恒定律律的重要要意義(1)能量守恒恒定律是是普遍適適用的，，對(duì)宏觀觀世界、、微觀世世界、高高速運(yùn)動(dòng)動(dòng)、低速速運(yùn)動(dòng)等等都成立立．(2)能量守恒恒定律反反映了自自然現(xiàn)象象的普遍遍聯(lián)系，，提醒人人們自然然科學(xué)是是相互聯(lián)聯(lián)系、相相互統(tǒng)一一的．(3)能量守恒恒定律是是人類認(rèn)認(rèn)識(shí)自然然的重要要依據(jù)20世紀(jì)20年代，科學(xué)家家們?cè)谘芯喀滤プ兊倪^程中中發(fā)現(xiàn)能量不不守恒，于是是他們根據(jù)能能量守恒定律律大膽地預(yù)言言了還有一種種未發(fā)現(xiàn)的粒粒子，這就是是現(xiàn)在已被科科學(xué)界公認(rèn)的的中微子．這這一事例說明明了能量守恒恒定律已成為為人類認(rèn)識(shí)自自然的重要依依據(jù)．(4)能量守恒定律律是人類利用用自然的重要要武器．5．用能量守恒恒定律解題的的基本步驟(1)確定研究過程程，分清有多多少形式的能能(如機(jī)械能、內(nèi)內(nèi)能、電能等等)在變化．(2)分別列出減少少的能量ΔE減和增加的能量量ΔE增的表達(dá)式．(3)根據(jù)能量守恒恒定律列方程程求解．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)2．下列說法正正確的是()A．隨著科技技的發(fā)展，，永動(dòng)機(jī)是是可以制成成的B．太陽(yáng)照射射到地球上上的光能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成了其其他形式的的能量，但但照射到宇宇宙空間的的能量都消消失了C．“既要馬兒跑跑，又讓馬馬兒不吃草草”違背了能量量轉(zhuǎn)化和守守恒定律，，因而是不不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表，不用用上發(fā)條，，也不用任任何形式的的電源，卻卻能一直走走動(dòng)，說明明能量可以以憑空產(chǎn)生生解析：選C.永動(dòng)機(jī)是是指不消消耗或少少消耗能能量，而而可以大大量對(duì)外外做功的的裝置，，違背了了能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化和守守恒定律律，A錯(cuò)；太陽(yáng)陽(yáng)輻射大大量的能能量，地地球只吸吸收了極極少的一一部分，，但輻射射到星際際空間的的能量也也沒有消消失，一一定是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成了了別的能能量，B錯(cuò)；馬和和其他動(dòng)動(dòng)物，包包括人要要運(yùn)動(dòng)，，必須消消耗能量量，動(dòng)物物的能量量來源是是食物中中儲(chǔ)存的的生物質(zhì)質(zhì)能，C正確；所所謂“全自動(dòng)”手表內(nèi)部部是有能能量轉(zhuǎn)化化裝置的的，D錯(cuò)．三、對(duì)能能量轉(zhuǎn)化化和轉(zhuǎn)移移的方向向性理解解1．對(duì)方向向性的理理解能量轉(zhuǎn)化化和守恒恒定律指指各種形形式的能能量是可可以相互互轉(zhuǎn)化的的，并且且在轉(zhuǎn)化化或轉(zhuǎn)移移過程中中總和不不變，但但實(shí)際上上，能量量的轉(zhuǎn)化化和轉(zhuǎn)移移也不是是任意的的，涉及及內(nèi)能的的轉(zhuǎn)化和和轉(zhuǎn)移都都是有方方向的，，表現(xiàn)在在：(1)機(jī)械能可可以全部部轉(zhuǎn)化為為內(nèi)能，，但內(nèi)能能不能全全部轉(zhuǎn)化化為機(jī)械械能而不不引起其其他變化化．(2)內(nèi)能總是是自發(fā)地地從高溫溫物體向向低溫物物體轉(zhuǎn)移移，而不不能自發(fā)發(fā)地從低低溫物體體向高溫溫物體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移．2．對(duì)第二二類永動(dòng)動(dòng)機(jī)的認(rèn)認(rèn)識(shí)第二類永永動(dòng)機(jī)是是指機(jī)器器能自發(fā)發(fā)地從低低溫?zé)嵩丛次諆?nèi)內(nèi)能，向向高溫?zé)釤嵩瘁尫欧牛邷販責(zé)嵩磳⒌玫降牡哪芰客ㄍㄟ^另一一臺(tái)做功功裝置，，對(duì)外做做功，它它雖然不不違背能能量守恒恒定律，，但違背背了能量量轉(zhuǎn)化和和轉(zhuǎn)移的的不可逆逆性，即即能量不不能自發(fā)發(fā)地從低低溫?zé)嵩丛崔D(zhuǎn)移到到高溫?zé)釤嵩?，因因此它也也是不可可能成功功的．即時(shí)應(yīng)應(yīng)用(即時(shí)突突破，，小試試牛刀刀)3．下列列過程程，可可能發(fā)發(fā)生的的是()A．某工工作物物質(zhì)從從高溫溫?zé)嵩丛次帐盏臒釤崃?，，全部部轉(zhuǎn)化化為機(jī)機(jī)械能能，而而沒有有其他他任何何影響響B(tài)．打開開一高高壓密密閉容容器，，其中中的氣氣體自自發(fā)溢溢出后后又自自發(fā)縮縮回去去，恢恢復(fù)原原狀C．利用其其他手段段，使低低溫物體體溫度更更低，使使高溫物物體溫度度更高D．將兩瓶瓶不同液液體自發(fā)發(fā)互溶，，然后又又自發(fā)地地各自分分開解析：選C.機(jī)械能可可以完全全轉(zhuǎn)化為為內(nèi)能，，反過來來，內(nèi)能能卻不能能自發(fā)地地、并不不引起任任何變化化地全部部變?yōu)闄C(jī)機(jī)械能，，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在在熱傳遞遞過程中中，內(nèi)能能總是自自發(fā)地從從高溫物物體向低低溫物體體轉(zhuǎn)移，，而不可可能自發(fā)發(fā)地從低低溫物體體向高溫溫物體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，但但可以通通過其他他方式使使內(nèi)能從從低溫物物體向高高溫物體體轉(zhuǎn)移，，例如電電冰箱，，故選項(xiàng)項(xiàng)C正確；氣氣體自發(fā)發(fā)溢出和和不同液液體自發(fā)發(fā)互溶是是可以自自發(fā)進(jìn)行行的，但但其逆過過程是不不能自發(fā)發(fā)進(jìn)行的的，選項(xiàng)項(xiàng)B、D錯(cuò)誤．課堂互動(dòng)講練功能關(guān)系的分析類型一例1(2010年高考山山東卷)如圖4－3－1所示，傾傾角θ＝30°的粗糙斜斜面固定定在地面面上，長(zhǎng)長(zhǎng)為l、質(zhì)量為為m、粗細(xì)均均勻、質(zhì)質(zhì)量分布布均勻的的軟繩置置于斜面面上，其其上端與與斜面頂頂端齊平平．用細(xì)細(xì)線將物物塊與軟軟繩連接接，物塊塊由靜止止釋放后后向下運(yùn)運(yùn)動(dòng)，直直到軟繩繩剛好全全部離開開斜面(此時(shí)物塊塊未到達(dá)達(dá)地面)，在此過過程中()圖4－3－1【答案】BD【方法總結(jié)結(jié)】能量轉(zhuǎn)化化是與做做功緊密密地聯(lián)系系在一起起的．力力做功時(shí)時(shí)，必然然伴隨著著能量的的轉(zhuǎn)化，，而且功功與能量量轉(zhuǎn)化的的量值是是相等的的．這一一等量關(guān)關(guān)系不僅僅提供了了計(jì)算功功的大小小的另一一種途徑徑，而且且涉及功功與能的的其他物物理量也也可在這這一等量量關(guān)系中中求出．．能的轉(zhuǎn)化具有方向性類型二例2下列說法法正確的的是()A．從甲物物體自發(fā)發(fā)地傳遞遞熱量給給乙物體體，說明明甲物體體的內(nèi)能能比乙物物體多B．熱機(jī)的的效率從從原理上上可大于于100%C．因?yàn)槟苣芰渴睾愫?，所以以“能源危機(jī)機(jī)”是不可能能的D．以上說法均均不正確【精講精析】自發(fā)地產(chǎn)生熱熱傳遞的條件件是必須存在在溫度差，而而不是內(nèi)能差差．甲物體傳傳遞熱量給乙乙物體，說明明甲物體的溫溫度比乙物體體高，故A錯(cuò)誤．由熱力力學(xué)第二定律律“不可能從單一一熱源吸收熱熱量并把它全全部用來做功功，而不引起起其他變化”可知，任何熱熱機(jī)的機(jī)械效效率都不可能能達(dá)到100%，因此B錯(cuò)．關(guān)于“能源危機(jī)”必須清楚：(1)能源是提供能能量的資源，，如煤、石油油等．(2)人們們?cè)谠谙暮哪苣茉丛磿r(shí)時(shí)，，放放出出能能量量，，有有的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為內(nèi)內(nèi)能能，，有有的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為機(jī)機(jī)械械能能等等等等．．但但最最終終基基本本上上都都轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化成成了了內(nèi)內(nèi)能能，，人人們們無(wú)無(wú)法法把把這這些些內(nèi)內(nèi)能能收收集集起起來來再再利利用用(能量量耗耗散散)，而而可可供供利利用用的的能能源源是是有有限限的的，，不不可可能能再再生生(或短短時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)不不可可再再生生)．因因此此，，“能源源危危機(jī)機(jī)”并非非說說明明能能量量不不守守恒恒．．C錯(cuò)．．【答案案】D能量轉(zhuǎn)化與守恒的應(yīng)用類型三例3取一一個(gè)個(gè)橫橫截截面面積積是是3dm2的不不高高的的圓圓筒筒，，筒筒內(nèi)內(nèi)裝裝水水0.6kg，用來來測(cè)量量射到到地面面的太太陽(yáng)能能．在在太陽(yáng)陽(yáng)光垂垂直照照射2min后，水水的溫溫度升升高了了1℃.(1)計(jì)算在在陽(yáng)光光直射射下，，地球球表面面每平平方厘厘米每每分鐘鐘獲得得的能能量．．(2)已知射射到大大氣頂頂層的的太陽(yáng)陽(yáng)能只只有45%