2012高中物理4 4能源與可持續(xù)發(fā)展1課件滬科版必修

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(guò)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(guò)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(lái)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(wèn)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(lái)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(guò)程中其總量________．三、研究能量的轉(zhuǎn)化效率1．定義：轉(zhuǎn)化為_(kāi)________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(guò)來(lái)，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(guò)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_(kāi)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、功和能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系1．功與能(1)功是力在空間上的積累，是過(guò)程量．(2)能反映了物體能夠?qū)ν庾龉Φ囊环N本領(lǐng)，與物體所處的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，是狀態(tài)量．2．功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系(簡(jiǎn)稱功能關(guān)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(guò)做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過(guò)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)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中正確的是(

)A．舉重運(yùn)動(dòng)員把重物舉起來(lái)，體內(nèi)一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成重物的機(jī)械能B．電流通過(guò)電阻絲使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．內(nèi)燃機(jī)做功過(guò)程實(shí)現(xiàn)了燃料的化學(xué)能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化D．水流沖擊水輪機(jī)發(fā)電，水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能解析：選ABD.物體被舉高時(shí)，機(jī)械能增加，增加的機(jī)械能由人體內(nèi)化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，A對(duì)；電流通過(guò)電阻絲時(shí)，根據(jù)焦耳定律，電阻絲內(nèi)能增加，是由電能轉(zhuǎn)化而來(lái)，B對(duì)；內(nèi)燃機(jī)中燃料燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C錯(cuò)；水力發(fā)電的原理就是將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，D對(duì)．二、正確理解能量守恒定律1．表達(dá)式：E初＝E末，ΔE增＝ΔE減．2．該定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一，是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線．3．要分清系統(tǒng)中有多少形式的能，發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移．4．能量守恒定律的重要意義(1)能量守恒定律是普遍適用的，對(duì)宏觀世界、微觀世界、高速運(yùn)動(dòng)、低速運(yùn)動(dòng)等都成立．(2)能量守恒定律反映了自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系，提醒人們自然科學(xué)是相互聯(lián)系、相互統(tǒng)一的．(3)能量守恒定律是人類認(rèn)識(shí)自然的重要依據(jù)20世紀(jì)20年代，科學(xué)家們?cè)谘芯喀滤プ兊倪^(guò)程中發(fā)現(xiàn)能量不守恒，于是他們根據(jù)能量守恒定律大膽地預(yù)言了還有一種未發(fā)現(xiàn)的粒子，這就是現(xiàn)在已被科學(xué)界公認(rèn)的中微子．這一事例說(shuō)明了能量守恒定律已成為人類認(rèn)識(shí)自然的重要依據(jù)．(4)能量守恒定律是人類利用自然的重要武器．5．用能量守恒定律解題的基本步驟(1)確定研究過(guò)程，分清有多少形式的能(如機(jī)械能、內(nèi)能、電能等)在變化．(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式．(3)根據(jù)能量守恒定律列方程求解．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2．下列說(shuō)法正確的是(

)A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的B．太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析：選C.永動(dòng)機(jī)是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對(duì)外做功的裝置，違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，A錯(cuò)；太陽(yáng)輻射大量的能量，地球只吸收了極少的一部分，但輻射到星際空間的能量也沒(méi)有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯(cuò)；馬和其他動(dòng)物，包括人要運(yùn)動(dòng)，必須消耗能量，動(dòng)物的能量來(lái)源是食物中儲(chǔ)存的生物質(zhì)能，C正確；所謂“全自動(dòng)”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，D錯(cuò)．三、對(duì)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性理解1．對(duì)方向性的理解能量轉(zhuǎn)化和守恒定律指各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，并且在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中總和不變，但實(shí)際上，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也不是任意的，涉及內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是有方向的，表現(xiàn)在：(1)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化．(2)內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移．2．對(duì)第二類永動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)第二類永動(dòng)機(jī)是指機(jī)器能自發(fā)地從低溫?zé)嵩次諆?nèi)能，向高溫?zé)嵩瘁尫牛邷責(zé)嵩磳⒌玫降哪芰客ㄟ^(guò)另一臺(tái)做功裝置，對(duì)外做功，它雖然不違背能量守恒定律，但違背了能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性，即能量不能自發(fā)地從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩?，因此它也是不可能成功的．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)3．下列過(guò)程，可能發(fā)生的是(

)A．某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃?，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒(méi)有其他任何影響B(tài)．打開(kāi)一高壓密閉容器，其中的氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)縮回去，恢復(fù)原狀C．利用其他手段，使低溫物體溫度更低，使高溫物體溫度更高D．將兩瓶不同液體自發(fā)互溶，然后又自發(fā)地各自分開(kāi)解析：選C.機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過(guò)來(lái)，內(nèi)能卻不能自發(fā)地、并不引起任何變化地全部變?yōu)闄C(jī)械能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在熱傳遞過(guò)程中，內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不可能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，但可以通過(guò)其他方式使內(nèi)能從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，例如電冰箱，故選項(xiàng)C正確；氣體自發(fā)溢出和不同液體自發(fā)互溶是可以自發(fā)進(jìn)行的，但其逆過(guò)程是不能自發(fā)進(jìn)行的，選項(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年高考山東卷)如圖4－3－1所示，傾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，長(zhǎng)為l、質(zhì)量為m、粗細(xì)均勻、質(zhì)量分布均勻的軟繩置于斜面上，其上端與斜面頂端齊平．用細(xì)線將物塊與軟繩連接，物塊由靜止釋放后向下運(yùn)動(dòng)，直到軟繩剛好全部離開(kāi)斜面(此時(shí)物塊未到達(dá)地面)，在此過(guò)程中(

)圖4－3－1【答案】

BD【方法總結(jié)】能量轉(zhuǎn)化是與做功緊密地聯(lián)系在一起的．力做功時(shí)，必然伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，而且功與能量轉(zhuǎn)化的量值是相等的．這一等量關(guān)系不僅提供了計(jì)算功的大小的另一種途徑，而且涉及功與能的其他物理量也可在這一等量關(guān)系中求出．能的轉(zhuǎn)化具有方向性類型二例2

下列說(shuō)法正確的是(

)A．從甲物體自發(fā)地傳遞熱量給乙物體，說(shuō)明甲物體的內(nèi)能比乙物體多B．熱機(jī)的效率從原理上可大于100%C．因?yàn)槟芰渴睾悖浴澳茉次C(jī)”是不可能的D．以上說(shuō)法均不正確【精講精析】自發(fā)地產(chǎn)生熱傳遞的條件是必須存在溫度差，而不是內(nèi)能差．甲物體傳遞熱量給乙物體，說(shuō)明甲物體的溫度比乙物體高，故A錯(cuò)誤．由熱力學(xué)第二定律“不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化”可知，任何熱機(jī)的機(jī)械效率都不可能達(dá)到100%，因此B錯(cuò)．關(guān)于“能源危機(jī)”必須清楚：(1)能源是提供能量的資源，如煤、石油等．(2)人們?cè)谙哪茉磿r(shí)，放出能量，有的轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，有的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能等等．但最終基本上都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，人們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)再利用(能量耗散)，而可供利用的能源是有限的，不可能再生(或短時(shí)間內(nèi)不可再生)．因此，“能源危機(jī)”并非說(shuō)明能量不守恒．C錯(cuò)．【答案】

D能量轉(zhuǎn)化與守恒的應(yīng)用類型三例3

取一個(gè)橫截面積是3dm2的不高的圓筒，筒內(nèi)裝水0.6kg，用來(lái)測(cè)量射到地面的太陽(yáng)能．在太陽(yáng)光垂直照射2min后，水的溫度升高了1℃.(1)計(jì)算在陽(yáng)光直射下，地球表面每平方厘米每分鐘獲得的能量．(2)已知射到大氣頂層的太陽(yáng)能只