新教材粵教版高中物理學(xué)案第5章第2節(jié)能源的利用方式第3節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒第4節(jié)能源與環(huán)境

第二節(jié)能源的利用方式第三節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒第四節(jié)能源與環(huán)境學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]知道能源的利用方式。2.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]理解能量守恒定律。3.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]理解能源、環(huán)境與人類生存的關(guān)系。4.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]知道能源的開發(fā)和利用對環(huán)境造成的污染。一、能源的利用方式1．水能：是一種能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能源資源。主要用于水力發(fā)電。水能資源最顯著的特點是可再生、無污染。2．風(fēng)能：是因空氣流動而提供給人類的一種可利用的能量。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)車葉片的機(jī)械能。風(fēng)能是一種清潔、安全、可再生的綠色能源。3．太陽能：主要是有太陽能的光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換。利用太陽能發(fā)電可省去費用龐大的輸電設(shè)備，隨著太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高及制作成本的降低，前景非常誘人。4．核能：是一種儲存在原子核內(nèi)部的能量，原子核發(fā)生核反應(yīng)時，會釋放巨大的能量。目前核能主要用于發(fā)電。二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒1．各式各樣的能量：自然界上存在不同形式的能量，有機(jī)械能、內(nèi)能、電能、電磁能、核能、化學(xué)能。2．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移：能量的存在形式多種多樣，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。3．能量守恒：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。4．能量轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)的方向性：熱傳導(dǎo)過程是有方向性的，熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳導(dǎo)過程是能自發(fā)進(jìn)行的，而其相反方向的過程是不能自發(fā)進(jìn)行的。在自然界的一切自發(fā)過程中，能量的轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)都是有方向性的，但不違反能量守恒定律。三、能源與環(huán)境1．能源的分類：按能源的基本形態(tài)分類，有一次能源和二次能源；根據(jù)消耗后是否造成污染分污染型能源和清潔能源；根據(jù)能源使用類型有常規(guī)能源和新型能源等。2．能源與環(huán)境：對大氣環(huán)境的影響，對生態(tài)環(huán)境的影響，對居住環(huán)境的影響。1．正誤判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡用之不竭的。 (×)(2)太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了溫室效應(yīng)。 (×)(3)熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體。 (×)(4)石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機(jī)械能消失了。 (×)(5)用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 (√)2．我國新疆塔里木盆地蘊藏著豐富的石油資源，石油屬于()A．可再生能源B．二次能源C．常規(guī)能源D．來自地球內(nèi)部的能量C[我國新疆塔里木盆地蘊藏著豐富的石油資源，石油屬于常規(guī)能源。]3．人類使用的普通能源，如煤、石油、天然氣，其根本來源是()A．太陽能 B．地球本身的能C．內(nèi)能 D．機(jī)械能A[遠(yuǎn)古時期陸地和海洋的植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，它們死后身體埋藏在地下和海底腐爛，多年之后形成化石能源；如煤、石油、天然氣，其根本來源是太陽能。]能源的分類、特點及與人類社會發(fā)展、環(huán)境的關(guān)系煤、石油和天然氣的全球探明儲量：煤約10萬億噸、石油約816億噸、天然氣約495億噸。按照目前的消耗量，石油、天然氣大約可再使用50年；煤炭大約可使用240年。所以我們需要開發(fā)新能源，你知道有哪些新能源嗎？提示：太陽能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能等。1．能源的分類及特點能源分類方法能源分類名稱特點舉例按形成或轉(zhuǎn)換特點分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能、水能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)2.能源的重要性：能源是社會存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，是國民經(jīng)濟(jì)運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會的三大支柱。3．目前的任務(wù)是采用環(huán)境能源技術(shù)，解決突出的環(huán)境污染問題，例如：城市生活垃圾問題，變垃圾為能源；汽車尾氣問題，達(dá)到廢氣“零排放”；環(huán)境污染的綜合治理問題，解決廢物、廢水、廢氣等，要變廢為寶?！纠?】(多選)CO2氣體有個“怪脾氣”，它幾乎不吸收太陽的短波輻射，大氣中CO2濃度增加能使地表溫度因受太陽的輻射而上升；另外，它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用，阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放，使整個地球就像一個大溫室一樣，因此，大氣中二氧化碳?xì)怏w濃度的急劇增加已導(dǎo)致氣溫的逐步上升，使全球氣候變暖。為了減緩大氣中CO2濃度的增加，以下措施中可行且有效的是()A．禁止使用煤、石油和天然氣B．開發(fā)使用核能、太陽能C．將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D．植樹造林BD[可行且行之有效的措施是開發(fā)新能源以便減少對常規(guī)能源的利用，減少CO2的排放；植樹造林可以吸收空氣中的CO2，所以選B、D；題中A、C兩項措施雖然有效，但并不可行。]人們的生活離不開常規(guī)能源，但常規(guī)能源的利用對生態(tài)環(huán)境又帶來了很大危害，如CO2的排放造成溫室效應(yīng)，開發(fā)新能源是目前改善環(huán)境的有效手段。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．下列供熱方式最有利于環(huán)境保護(hù)的是()A．用煤做燃料供熱B．用石油做燃料供熱C．用天然氣或煤氣做燃料供熱D．用太陽能供熱D[煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內(nèi)能。但由于這些燃料中含有雜質(zhì)以及燃燒的不充分，使得廢氣中含粉塵、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)，污染了大氣。而太陽能是一種無污染的能源，應(yīng)大力推廣，故D正確。]能量守恒定律自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，是不是說明能量越來越小？提示：不是。自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明機(jī)械能在減少，而減少的機(jī)械能通過摩擦轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，系統(tǒng)的總能量是守恒的。1．能量守恒定律是支配整個自然界運動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，熱力學(xué)第一定律、機(jī)械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。2．各種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中總能量守恒無須任何條件，而某種或幾種形式能的守恒是有條件的。例如，系統(tǒng)(物體)機(jī)械能的守恒條件是只有重力做功。3．某種形式能的減少，一定伴隨著其他形式能的增加，且減少量和增加量一定相等。4．某個物體能量的減少，一定伴隨著其他物體能量的增加，且減少量和增加量一定相等。5．能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識到，任何一部機(jī)器，只要對外做功，就要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而不能無中生有地創(chuàng)造能量。不消耗能量，卻可以源源不斷地對外做功的機(jī)器(第一類永動機(jī))是不可能制成的?！纠?】如圖所示，一演示用的“永動機(jī)”轉(zhuǎn)輪由五根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是()A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身C．轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量D[該永動機(jī)葉片進(jìn)入水中，吸收熱量而伸展劃水，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)動的原因是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，不是慣性所致，A錯，B錯；離開水面后向空氣中放熱，葉片形狀迅速恢復(fù)，所以轉(zhuǎn)動的能量來自熱水，由于不斷向空氣釋放熱量，所以水溫逐漸降低，C錯；根據(jù)能量守恒定律，葉片在熱水中吸收的能量應(yīng)等于葉片的機(jī)械能與葉片向空中釋放的能量之和，故D對。]在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時，一定要明確過程中哪些能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，確定好初末狀態(tài)的能量E初、E末或確定能量的變化ΔE增、ΔE減各為多少，再由E初＝E末或ΔE增＝ΔE減列式求解。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．汽車關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，沿斜面勻速下滑的過程中()A．汽車的機(jī)械能守恒B．汽車的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化C．汽車的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，汽車的總能量減少D．汽車的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽車的總能量守恒C[汽車能勻速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能散發(fā)出去，汽車的總能量減少。]1．作為新型燃料，從環(huán)保的角度來看，氫氣具有的突出特點是()A．氫氣存在自然界里 B．氫氣輕且便于攜帶C．氫氣燃燒污染較小 D．氫氣燃燒發(fā)熱量高C[氫氣燃燒生成物是水，所以對環(huán)境污染較小，A、B、D錯誤，C正確。]2．(多選)關(guān)于能源的開發(fā)和節(jié)約，你認(rèn)為以下觀點正確的是()A．能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C．能源的開發(fā)利用，必須要同時考慮對環(huán)境的影響D．和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項有效途徑ACD[能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為，選項A正確；能量都轉(zhuǎn)化為不能利用或不易利用的能源，所以這樣會減少可利用資源的數(shù)量，因此應(yīng)該節(jié)約能源，所以B項錯誤；能源的開發(fā)和利用，必須同時考慮其對生態(tài)環(huán)境的影響，所以C項正確；和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項有效途徑，選項D正確。]3．據(jù)報道，2011年5月13日，世界上最大的太陽能飛機(jī)首次實現(xiàn)跨國飛行，它長達(dá)63.4m的機(jī)翼上覆蓋著太陽能電池板。下列說法正確的是()A．太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能B．太陽能不可以轉(zhuǎn)化為電能C．太陽能的利用，說明能量可以消滅D．太陽能的利用，說明能量可以創(chuàng)生A[太陽能電池工作時，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，在用于其他途徑，過程中能量是守恒的，沒有消失，太陽能的利用，只能說明能是可以轉(zhuǎn)換的，BCD錯誤，A正確。]4．太陽表面