2024-2025學(xué)年新教材高中物理第五章電能與能源的可持續(xù)發(fā)展第二三四節(jié)能源的利用方式能量的轉(zhuǎn)化與守恒能源與環(huán)境學(xué)案粵教版必修3

PAGE9-其次節(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)境新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量目標(biāo)1.了解利用水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能的方式,初步了解核裂變與核聚變。2.知道不同形式的能量可相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量總量保持不變,能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。3.了解可再生能源和不行再生能源的分類,相識(shí)能源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和利用對(duì)環(huán)境的影響。4.相識(shí)環(huán)境污染的危害,了解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要性,具有環(huán)境愛(ài)護(hù)的意識(shí)和行為。合格性考試1.知道能量的多種形式;能區(qū)分可再生能源和不行再生能源;理解能量守恒定律。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準(zhǔn)確含義。3.能主動(dòng)關(guān)切能源和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題;能相識(shí)能源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和利用對(duì)環(huán)境的影響。選擇性考試1.知道能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。2.通過(guò)大量的實(shí)例,總結(jié)能量在轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量不變,并探究能量轉(zhuǎn)化的方向性。3.感知我們四周能源的耗散,樹(shù)立節(jié)能意識(shí)。必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)一、能源的利用方式1.化石能源包括:石油、煤炭、自然氣等。2.新能源包括:水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等。此外,還有生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、可燃冰等能源。二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒1.各種各樣的能量:能量形式含義示例機(jī)械能機(jī)械能是與物體的運(yùn)動(dòng)或位置高度、形變相關(guān)的能量,可以表現(xiàn)為動(dòng)能,也可以表現(xiàn)為勢(shì)能行駛的汽車、被拉開(kāi)的弓、聲音等內(nèi)能物質(zhì)中分子的動(dòng)能和勢(shì)能總和自然界的一切物質(zhì)電能電能是與電有關(guān)的能量工作中的發(fā)電機(jī)、電池等電磁能電磁場(chǎng)所具有的能量無(wú)線電波、可見(jiàn)光、紫外線、紅外線等核能通過(guò)核反應(yīng)(裂變或聚變)由原子核釋放的能量原子彈、氫彈等化學(xué)能發(fā)生化學(xué)改變時(shí)釋放出來(lái)的能量石油、煤、自然氣等2.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移:(1)太陽(yáng)能是地球上最主要的能量源泉。(2)能量的存在形式多種多樣,而且不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。能量在被利用的過(guò)程中,可利用的效率不斷下降。3.能量守恒:能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消逝,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體;在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。4.能量轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)的方向性:在自然界的一切自發(fā)過(guò)程中,能量的轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)都是有方向性的,但都不違反能量守恒定律。三、能源與環(huán)境1.可再生能源和不行再生能源:(1)煤、石油、自然氣等在短期內(nèi)不行以再次得到,一旦利用了就很難或者不能再次得到的能源,稱為不行再生能源。(2)水能、風(fēng)能、潮汐能能夠在短期內(nèi)重新形成的或者循環(huán)利用的能源,稱為可再生能源。2.能源與環(huán)境:能源開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響(1)對(duì)大氣環(huán)境的影響。(2)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。(3)對(duì)居住環(huán)境的影響。3.環(huán)境愛(ài)護(hù)的三個(gè)主要方面:(1)防治生產(chǎn)和生活的污染。(2)防止建設(shè)和開(kāi)發(fā)的破壞。(3)愛(ài)護(hù)自然環(huán)境。關(guān)鍵實(shí)力·合作學(xué)習(xí)學(xué)問(wèn)點(diǎn)一能量守恒定律的應(yīng)用1.能量的形式:(1)含義:一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能量,又如流淌的河水、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體……都能對(duì)外做功,因此這些物體都具有能量,流淌的河水和被壓縮的彈簧具有機(jī)械能、高溫高壓氣體具有內(nèi)能。(2)能量的轉(zhuǎn)化與能量的轉(zhuǎn)移:各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量保持不變,也就是說(shuō)當(dāng)某個(gè)物體的能量削減時(shí),肯定存在其他物體的能量增加。(3)功是能量轉(zhuǎn)化的量度: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轉(zhuǎn)化的過(guò)程,且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的量度。2.能量守恒定律的表達(dá)式:(1)E初=E終。(2)ΔE增=ΔE減。3.自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性:(1)能量耗散:燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去,就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來(lái)供人類重新利用。(2)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)改變過(guò)程具有方向性。(3)能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的削減,卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,它事實(shí)上是將能量從高度有用的高品質(zhì)降級(jí)為不大可用的低品質(zhì)形式。(1)如圖是小型汽油機(jī)模型,汽油機(jī)在工作過(guò)程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的?提示:汽油燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,汽油釋放出來(lái)的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為飛輪的機(jī)械能。(2)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)可以把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎?提示:不能,因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)工作時(shí)總有內(nèi)能損失,不行能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！镜淅咳鐖Da、b是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開(kāi)閘,水由通道進(jìn)入海灣水庫(kù)蓄水,待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門(mén)(見(jiàn)圖a)。當(dāng)落潮時(shí),開(kāi)閘放水發(fā)電(見(jiàn)圖b)。設(shè)海灣水庫(kù)面積為5.0×108m2,平均潮差為3.0m,一天漲落潮兩次,發(fā)電的平均能量轉(zhuǎn)化率為10%,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(ρ水取1.0×103A.2.6×104kWB.5.2×104kWC.2.6×105kW D.5.2×105kW【解析】選B。利用潮汐發(fā)電,就是水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能,水能轉(zhuǎn)化電能的效率是10%,一次漲潮、退潮后水壩內(nèi)水的勢(shì)能增加:W水=GΔh=mgΔh=ρ水VgΔh=ρ水ShgΔh,Δh為水的重心下降的高度,即:Δh=m,則水的勢(shì)能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?W電=W水×10%=1.0×103kg/m3×5.0×108m2×3.0m×10N/kg×1.5m×0.1=2.25×1012J。每天兩次漲潮,則該發(fā)電站一天能發(fā)電4.5×1012J,如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí),強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán),在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化汲取箱體內(nèi)的熱量,經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化,放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是 ()A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第肯定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)其次定律【解析】選B。由熱力學(xué)其次定律可知,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,除非有外界的影響或幫助,電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體,須要壓縮機(jī)的幫助并消耗了電能,B正確,A、D錯(cuò)誤。熱力學(xué)第肯定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化或內(nèi)能轉(zhuǎn)移的規(guī)律,是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的詳細(xì)表現(xiàn),適用于全部的熱學(xué)過(guò)程,故C錯(cuò)誤。故選B。【加固訓(xùn)練】1.市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子(如圖所示)。在陽(yáng)光的照耀下,小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng),能給燥熱的夏季帶來(lái)一絲涼快。該裝置的能量轉(zhuǎn)化狀況是 ()A.太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能B.太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能C.電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能 D.機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能【解析】選A。電池板中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故A項(xiàng)正確。2.風(fēng)力是清潔能源,我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。某公司獨(dú)立研發(fā)并制造的SL5000風(fēng)力發(fā)電機(jī),單機(jī)設(shè)計(jì)功率為5000kW,葉片長(zhǎng)度為64m,已知空氣的密度為1.29kg/m3,假如該風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%,A.8m/sBC.15m/s D【解析】選C。以葉片長(zhǎng)l=64m為半徑的圓面積S=πl(wèi)2,在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)葉片所在圓區(qū)域的空氣柱長(zhǎng)度x=vt,該柱形體積內(nèi)風(fēng)的動(dòng)能為Ek=ρSxv2=ρπl(wèi)2vtv2=ρπl(wèi)2v3t,功率公式P=,則該風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率P的數(shù)學(xué)表達(dá)式為P=ηρπl(wèi)2v3,代入數(shù)據(jù)得v≈14.4m/s,故C項(xiàng)正確。學(xué)問(wèn)點(diǎn)二能源的分類與應(yīng)用1.地球上的絕大部分能源來(lái)源于太陽(yáng)的輻射能:2.能源的分類:能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按是否可再生可再生能源可循環(huán)運(yùn)用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、潮汐能不行再生能源短期內(nèi)無(wú)法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、自然氣按對(duì)環(huán)境污染狀況清潔能源對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)峻污染環(huán)境煤、石油、自然氣3.能源和環(huán)境污染:(1)溫室效應(yīng):石油、煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量,由于二氧化碳對(duì)長(zhǎng)波的輻射有劇烈的汲取作用,且像暖房的玻璃一樣,只準(zhǔn)太陽(yáng)光的熱輻射進(jìn)來(lái),不讓室內(nèi)長(zhǎng)波熱輻射出去,使地球氣溫上升,這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)。(2)酸雨:酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要緣由是燃燒煤炭和石油,以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度上升,形成“酸雨”,腐蝕建筑物、酸化土壤。(3)光化學(xué)煙霧:內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生氮氧化合物和碳?xì)浠衔?。這些化合物在大氣中受到紫外線的照耀,產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧。這些物質(zhì)有毒,能引起人的多種疾病。(4)常規(guī)能源燃燒時(shí)產(chǎn)生的浮塵也是一種污染物。在能量守恒定律提出之后,人們相識(shí)到能量不行能憑空產(chǎn)生,但也不會(huì)消逝,于是有人設(shè)計(jì)了這樣一種裝置:該裝置可以從海水或者空氣中收集熱能,并將這些內(nèi)能作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力,從而實(shí)現(xiàn)永動(dòng)的目的。這種設(shè)備可以做出來(lái)嗎?提示:不能。因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)化具有方向性,熱量一旦釋放出去,就不會(huì)再自動(dòng)聚集起來(lái)供人類重新運(yùn)用了?！镜淅?多選)(2024·珠海高二檢測(cè))2024年5月,我國(guó)首次海疆“可燃冰”試采勝利?？扇急且环N藏在深海海底的新型能源,1m3可燃冰可轉(zhuǎn)化為164m3A.“可燃冰”是不行再生能源B.“可燃冰”屬于可再生能源C.1m3D.相同體積的可燃冰和自然氣完全燃燒后,可燃冰釋放的熱量多【解析】選A、D?？扇急且淮文茉?屬于不行再生能源,故A正確,B錯(cuò)誤;1m3可燃冰可轉(zhuǎn)化為164m3的自然氣和0.8m3的水;目前,共享單車作為綠色出行的交通工具,成為時(shí)尚。甲、乙兩種共享單車都采納了電子鎖,車鎖內(nèi)集成了GPS模塊與聯(lián)網(wǎng)模塊等,這些模塊工作時(shí)須要電能。這兩種共享單車采納了不同的方式獲得電能:甲車靠小型發(fā)電機(jī)——踩動(dòng)單車時(shí),線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生電能,如圖1所示;乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板——有光照時(shí),產(chǎn)生電能,如圖2所示。這兩種共享單車獲得電能時(shí),都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化,下列說(shuō)法中正確的是 ()A.都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能B.都是把光能轉(zhuǎn)化為電能C.甲車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把光能轉(zhuǎn)化為電能D.甲車把光能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能【解析】選C。甲車靠小型發(fā)電機(jī)——踩動(dòng)單車時(shí),線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生電能,故是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能;乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板——有光照時(shí),產(chǎn)生電能,故是光能轉(zhuǎn)化為電能,故C項(xiàng)正確?！就卣估}】考查內(nèi)容:能源與環(huán)境污染【典例】(多選)CO2氣體有個(gè)“怪脾氣”,它幾乎不汲取太陽(yáng)的短波輻射,大氣中CO2濃度增加能使地表溫度因受太陽(yáng)的輻射而上升;另外,它還有劇烈汲取地面紅外熱輻射的作用,阻礙了地球四周的熱量向外層空間的排放,使整個(gè)地球就像一個(gè)大溫室一樣,因此,大氣中二氧化碳?xì)怏w濃度的急劇增加會(huì)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.禁止運(yùn)用煤、石油和自然氣B.開(kāi)發(fā)運(yùn)用核能、太陽(yáng)能C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D.植樹(shù)造林【解析】選B、D。可行且行之有效的措施是開(kāi)發(fā)新能源以便削減對(duì)常規(guī)能源的利用,削減CO2的排放;植樹(shù)造林可以汲取空氣中的CO2,所以選項(xiàng)B、D正確。選項(xiàng)A、C措施雖然有效,但并不行行。情境·模型·素養(yǎng)氫氣是一種清潔能源,它燃燒后只生成水,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,某同學(xué)設(shè)想了一個(gè)利用氫能的方案,如圖是它的示意圖,請(qǐng)你推斷這一方案的可行性,并說(shuō)明理由。探究:推斷:________(選填“可行”或“不行行”)

理由:______________________________________________________。

【解析】由題圖可知,該方案是利用電解水的方法來(lái)制取氫氣,再利用氫氣燃燒來(lái)發(fā)電,該過(guò)程沒(méi)有外界能量進(jìn)入,但卻能源源不斷地輸出能量,違反了能量守恒定律。事實(shí)上工業(yè)制氫氣的確通過(guò)電解水,然而電解水過(guò)程中須要消耗大量的電能,通過(guò)氫氣燃燒發(fā)的電遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以電解產(chǎn)生等量的氫氣,導(dǎo)致能夠制備的氫氣越來(lái)越少,并使發(fā)電過(guò)程漸漸停止。答案:不行行違反了能量守恒定律課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.煤、石油、自然氣和生物能作為能源的共同特點(diǎn)是 ()A.都為可再生能源,取之不盡,用之不竭B.都為不行再生能源,用一點(diǎn),少一點(diǎn)C.都為來(lái)自太陽(yáng)輻射的能量D.都為污染環(huán)境的能源【解析】選C。煤、石油、自然氣是不行再生能源,對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)峻,生物能是可再生能源,對(duì)環(huán)境無(wú)污染或污染少,但它們都來(lái)自太陽(yáng)輻射,故C項(xiàng)正確。2.有人設(shè)想在夏天用電冰箱來(lái)降低房間的溫度。他的方法是:關(guān)好房間的門(mén)窗然后打開(kāi)冰箱的全部門(mén)讓冰箱運(yùn)轉(zhuǎn),且不考慮房間內(nèi)外熱量的傳遞,則開(kāi)機(jī)后,室內(nèi)的溫度將 ()A.漸漸有所上升B.保持不變C.開(kāi)機(jī)時(shí)降低,停機(jī)時(shí)又上升D.開(kāi)機(jī)時(shí)上升,停機(jī)時(shí)降低【解析】選A。冰箱工作,會(huì)產(chǎn)生熱量,即消耗電能,產(chǎn)生了內(nèi)能,且房間與外界沒(méi)有能量交換,所以房?jī)?nèi)溫度會(huì)上升,故A項(xiàng)正確。3.下列說(shuō)法中正確的是 ()A.石子從空中落下,最終停止在地面上,說(shuō)明機(jī)械能消逝了B.志向的發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)闆](méi)有摩擦,也沒(méi)有漏氣,它的效率可以達(dá)到100%C.熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體D.依據(jù)能量守恒定律,能量是用不完的,所以根本不須要節(jié)約能源【解析】選C。石子在運(yùn)動(dòng)和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了物體及四周物體的內(nèi)能,機(jī)械能并沒(méi)有消逝,故A錯(cuò)誤;志向發(fā)動(dòng)機(jī),即使沒(méi)有摩擦,也沒(méi)有漏氣等能量損失,也有散熱器的熱量損失與排氣管排出的廢熱,其效率不行能達(dá)到100%,故B錯(cuò)誤;熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體,一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不行逆的,故C正確;能量雖然不會(huì)削減,但是高品質(zhì)的能源會(huì)越用越