能源與可持續(xù)發(fā)展課件-2024-2025學年高二上學期物理人教版（2019）必修第三冊

新人教版必修三第十二章

電能能量守恒定律第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展新課引入

我們知道，內能可以轉化成電能，電能可以轉化成光能、內能或機械能……既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么我們還要節(jié)約能源呢？

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化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。這個規(guī)律叫作能量守恒定律（lawofenergyconservation）。機械能守恒定律告訴我們，做機械運動的物體具有動能和勢能，相互之間可以轉化，在電路中，電能將其他形式的能轉化為電能，負載又將電能轉化為內能、機械能等能量守恒定律學習任務一：能量轉移或轉化的方向性把剛煮好的熱雞蛋放到冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后二者溫度相同。是否可以發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來溫度相同的雞蛋和水，過一會水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升？這樣的過程并不違反能量守恒定律，但是這樣的過程并不存在一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的，即一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都有方向性。①能量的轉移具有方向性:如熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。②能量的轉化具有方向性:如機械能可以自發(fā)地完全轉化為內能，但內能不能自發(fā)地且不能完全轉化為機械能。學習任務一：能量轉移或轉化的方向性學習任務一：能量轉移或轉化的方向性實際上在大多數(shù)情況下，各種形式的能量最終會轉化為內能，但這些內能卻很難被人類回收利用，這種現(xiàn)象叫做能量耗散。便于利用的能量不便于利用的能量電能→內能和光能最后耗散在環(huán)境中學習任務一：能量轉移或轉化的方向性能量耗散表明，在能源的利用過程中,能量的總量守恒,但在可利用的品質上降低了，從便于利用的能源變成不便于利用的能源。這是自然界的能量雖然守恒,但需要節(jié)約能源的根本原因。

能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。學習任務二：能量的分類與應用1.能源：凡是能夠提供可利用能量的物質統(tǒng)稱為能源。2.不可再生能源：

煤炭、石油和天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作化石能源?；茉礋o法在短時間內再生，所以這類能源被叫作不可再生能源。學習任務二：能量的分類與應用3.可再生能源：

水能、風能、潮汐能等能源，歸根結底來源于太陽能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。學習任務二：能量的分類與應用4.我國能源發(fā)展概況

(1)太陽能發(fā)電太陽能的利用對環(huán)境的影響很小，通過太陽能電池將太陽能直接轉轉化為電能，目前我國是最大的光伏產(chǎn)品制造國

(2)水力發(fā)電：水能是可再生能源，水電站是利用水能的重要形式。水電對環(huán)境的影響比火電小，發(fā)電成本低。學習任務二：能量的分類與應用（3）風能發(fā)電：我國風力資源豐富，尤其是西北、華北、華東、西南地區(qū)。風力發(fā)電裝機容量居全球第一。（4）核能發(fā)電：核燃料釋放出的能量要遠遠大于化學燃料釋放出的能量。核電站就是利用可控核裂變來發(fā)電的。學習任務二：能量的分類與應用一些質量較大的原子核在裂變成較輕的原子核時，會釋放出驚人的能量。同樣質量的化學燃料與核燃料相比，如果都進行了完全反應，核燃料釋放出的能量要遠遠大于化學燃料釋放出的能量?？煽刂频牧炎兎磻尫懦龅哪芰浚梢院芎玫乇蝗藗兯?。核電站就是利用可控核裂變來發(fā)電的。我國具有完全自主知識產(chǎn)權的三代百萬千瓦級核電技術電站——華龍一號，其安全指標和技術性能已達到國際最先進的三代水平。我國的核能發(fā)電技術已居于世界領先地位。學習任務三：能源與社會發(fā)展

自工業(yè)革命以來，煤和石油成為人類的主要能源。到了20世紀50年代，世界石油和天然氣的消耗量超過了煤炭。1.能源是人類社會活動的物質基礎柴薪時期煤炭時期石油時期學習任務三：能源與社會發(fā)展2.環(huán)境問題(1)溫室效應：溫室效應是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃燒時產(chǎn)生二氧化碳。(2)酸雨：大氣中酸性污染物質，如二氧化硫、二氧化碳、氫氧化物等，在降水過程中溶入雨水，使其成為酸雨，煤炭中含有較多的硫，燃燒時產(chǎn)生二氧化硫等物質。(3)光化學煙霧:氮氧化合物和碳氫化合物在大氣中受到陽光中強烈的紫外線照射后產(chǎn)生的二次污染物質―――光化學煙霧。兩極冰雪融化，海平面上升工業(yè)排放的廢氣城市機動車尾氣污染一輛行駛的小汽車，燃料燃燒產(chǎn)生的內能有370/0通過發(fā)動機散熱系統(tǒng)排出，370/0直接由排氣管排出，只有260/0變?yōu)榘l(fā)動機輸出的機械能。STSE汽車與能源1．有人說：“既然能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消滅，能量在轉化和轉移的過程中，其總量是保持不變的，那么，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？”請你用能量轉化和轉移的方向性來論述節(jié)約能源的必要性?！驹斀狻磕芰吭谵D化和轉移的過程中，其總量是保持不變的，但自然界中有的能量便于利用，有的能量不便于利用。流動的水帶動水磨做功，由于磨盤之間的摩擦、磨盤和糧食之間的摩擦與擠壓，使磨盤、糧食的溫度升高，水流的一部分機械能轉化為內能。這些內能耗散到周圍的環(huán)境中。我們沒有辦法把這些流散的內能重新收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散，所以我們還要節(jié)約能源。當堂達標檢測2．生活中的許多用品都可以看作能量轉化器，它們把能量從一種形式轉化為另一種形式。請觀察你家中的各種生活用品，分別指出它們工作時進行了哪些能量轉化。【詳解】電飯煲主要將電能轉化為內能，洗衣機主要將電能轉化為動能，微波爐主要將電能轉化為微波的能量，電烤箱主要將電能轉化為內能，等等。當堂達標檢測3．圖是某工程師的輕軌車站設計方案，與站臺前后連接的軌道都有一個小坡度，列車進站時要上坡，出站時要下坡。假設站臺高度比途中軌道高出，列車在途中軌道進站前的速度為。(1)此時切斷電源，不考慮阻力，列車能否“沖”上站臺？如果能，到達站臺上的速度是多大？取。(2)你認為工程師這樣設計的意圖是什么？

當堂達標檢測【詳解】：(1)選地面是重力勢能的參考平面，由機械能守恒定律有解得因為h＇=3.29m>2m，列車能沖上站臺；設列車到達站臺上的速度是v＇由機械能守恒定律有

(2)工程師的設計意圖是：車到站要停車，車此時有很大動能，若剎車就會把車的動能轉化成內能，若車利用上坡，就把車的動能轉化成重力勢能儲存起來；車出站由靜止開始運動，需要電能啟動，若車利用下坡，則可以把重力勢能轉化成動能，便于啟動，也節(jié)省了電能，起到節(jié)能的作用。當堂達標檢測4．某地區(qū)的風速為，空氣的密度為。若使風力發(fā)電機轉動的風通過的截面積為，且風能的可轉化為電能，則發(fā)電功率是多少？

當堂達標檢測【詳解】在時間t內，風的質量為風能為電功率為解得5．圖是架在屋頂?shù)奶柲軣崴鳌Ｒ阎獑挝粫r間內太陽垂直射到地面附近單位面積的能量為。一臺熱水器的聚熱面積為若每天相當于太陽直射熱水器，太陽能的可轉化為水的內能，那么這個熱水器一天內最多能利用的太陽能為多少？

當堂達標檢測【詳解】這個熱水器一天內最多能利用的太陽能為6．三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后，平均水位落差約為，水的流量約為。船只通航需要約的流量，其余流量可全部用來發(fā)電。水流沖擊水輪機發(fā)電時，水流減少的機械能有轉化為電能。(1)按照以上數(shù)據(jù)估算，三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大是多少？(2)根據(jù)你對家庭生活用電的調查來估算，如果三峽電站全部用于城市生活用電，它可