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)境教案粵教版必修3

PAGE7-其次、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)境核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念(1)列舉各種實(shí)例，說明能量是如何轉(zhuǎn)化的，說明能量守恒定律的含義。(2)通過實(shí)例分析知道能量耗散，相識自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性?？茖W(xué)看法與責(zé)任(1)收集資料，探討能源的開發(fā)與利用所帶來的環(huán)境污染問題，相識環(huán)境污染的危害，思索科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，具有環(huán)境愛護(hù)的意識和行動。(2)了解太陽能、水能、核能和風(fēng)能等能源的開發(fā)利用，知道利用能源是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。(3)知道人類利用的能源有可再生能源和不行再生能源，相識合理運(yùn)用能源的重要性，具有可持續(xù)發(fā)展觀念，養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣。eq\a\vs4\al(一、能源的利用方式)1．填一填(1)水能：是一種能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源，主要用于水力發(fā)電。水能資源最顯著的特點(diǎn)是可再生、無污染。(2)風(fēng)能：是因空氣流淌而供應(yīng)應(yīng)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、平安、可再生的綠色能源。(3)太陽能：對太陽能的利用主要有太陽能的光熱轉(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(fèi)用浩大的輸電設(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，前景特別迷人。(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(shí)，會釋放巨大的能量。目前核能主要用于發(fā)電。2．判一判(1)自然氣屬于化石能源。(√)(2)化石能源利用過程中加劇了溫室效應(yīng)現(xiàn)象。(√)(3)核能發(fā)電不會對環(huán)境產(chǎn)生危害。(×)3．選一選我國新疆塔里木盆地隱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)部的能量解析：選C我國新疆塔里木盆地隱藏著豐富的石油資源，石油屬于常規(guī)能源。eq\a\vs4\al(二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒)1．填一填(1)各種各樣的能量：自然界中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，但都不違反能量守恒定律。2．判一判(1)能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中總量是保持不變的。(√)(2)當(dāng)一個(gè)物體所具有的能量增加時(shí)，肯定有別的物體的能量在減小。(√)(3)能源利用過程中能量總量不變，可利用的品質(zhì)也不變。(×)3．想一想請你將兩手手心對著壓緊，用力來回快速摩擦10～15s(如圖)，有什么感覺？想想看，在這一過程中能量發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移？這些能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移是有方向性的嗎？提示：發(fā)熱；機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；有。eq\a\vs4\al(三、能源與環(huán)境)1．填一填(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；依據(jù)能源消耗后是否造成環(huán)境污染，可分為污染型能源和清潔型能源；依據(jù)能源運(yùn)用的類型，可分為常規(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。2．判一判(1)電能是指電以各種形式做功的實(shí)力。(√)(2)煤、石油、自然氣都是可再生能源。(×)(3)核能的利用可以緩解能源危機(jī)。(√)3．選一選以下說法正確的是()A．煤、石油、自然氣等燃料的最初來源可追溯到太陽能B．汽油是一種清潔能源C．水能是不行再生能源D．煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡用之不竭的解析：選A煤、石油、自然氣等是動植物轉(zhuǎn)化成的，其來源可追溯到太陽能，選項(xiàng)A對；汽油燃燒會產(chǎn)生一些有毒氣體，選項(xiàng)B錯(cuò)；水能是可再生能源，選項(xiàng)C錯(cuò)；煤、石油等儲量是有限的，是不行再生能源，選項(xiàng)D錯(cuò)。eq\a\vs4\al(探究一)eq\a\vs4\al(對能量守恒定律的理解)eq\a\vs4\al([問題驅(qū)動])[選自魯科版新教材“物理聊吧”]如圖是用一臺蒸汽機(jī)和一臺發(fā)電機(jī)建立的模型發(fā)電站，將這個(gè)模型發(fā)電站與小燈泡連接起來，就可以供電了。請分析該模型發(fā)電站工作時(shí)各種形式的能量是如何轉(zhuǎn)化的。提示：蒸汽機(jī)將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為蒸汽輪機(jī)的機(jī)械能，蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能使小燈泡發(fā)光。[重難釋解]1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。2．能量守恒定律的理解某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等。某個(gè)物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等。[多選]從光滑斜面上滾下的物體，最終停止在粗糙的水平面上，下列說法正確的是()A．在斜面上滾動時(shí)，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化B．在斜面上滾動時(shí)，有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．在水平面上滾動時(shí)，總能量正在消逝D．在水平面上滾動時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒[解析]在斜面上滾動時(shí)，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時(shí)，有摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的。[答案]AD利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點(diǎn)留意(1)能量既可通過做功的方式實(shí)現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(2)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。利用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變更，分析時(shí)避開出現(xiàn)遺漏。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．[多選]行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最終停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出光明的火焰；著陸傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量解析：選AD這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動過程中都受到阻力作用，汽車主要受摩擦阻力，流星、著陸傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確。四個(gè)物體的運(yùn)動過程中，汽車是動能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、著陸傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D正確。2．一個(gè)盛水袋，某人從側(cè)面緩慢推裝有液體的袋壁使它變形至如圖所示位置，則此過程中袋和液體的重心將()A．漸漸上升 B．漸漸降低C．先降低再上升 D．始終不變解析：選A人對液體做正功，液體的機(jī)械能增加，液體緩慢移動可以認(rèn)為動能不變，重力勢能增加，重心上升，A正確。eq\a\vs4\al(探究二)eq\a\vs4\al(能源及其開發(fā)和利用)[重難釋解]1．正確理解能量耗散和品質(zhì)降低(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到四周的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動機(jī)器做功了。(2)從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會導(dǎo)致能量的總量削減，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，事實(shí)上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。(3)能量耗散導(dǎo)致可利用能源削減，所以要節(jié)約能源。2．能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形式或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)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、電能按運(yùn)用類型分常規(guī)能源已大規(guī)模正常運(yùn)用煤炭、石油、自然氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)運(yùn)用水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿恍性偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤炭、石油、自然氣、核燃料按對環(huán)境污染狀況分清潔能源對環(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)峻污染環(huán)境化石燃料(煤炭、石油、自然氣)能源短缺和環(huán)境惡化指的是()①煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺。②煤炭和石油資源是有限的，以今日的開采和消耗速度，石油貯存將在百年內(nèi)用完，煤炭資源也不行能永續(xù)，這叫能源短缺。③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和運(yùn)用過程中這些氣味會聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化。④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，變更了大氣成分，使環(huán)境惡化。A．①③ B．①④C．②③ D．②④[解析]煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不行重復(fù)運(yùn)用，它們的儲量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；化石能源在運(yùn)用時(shí)會排出有害氣體污染空氣，這是所講的環(huán)境惡化，④正確，故D正確。[答案]D[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．關(guān)于能源的利用，下列說法中不正確的是()A．由于我國煤炭和石油的儲量無限，所以太陽能和核能的開發(fā)在我國根本沒有必要B．能源的利用過程，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程C．現(xiàn)在人類社會運(yùn)用的能源主要是煤炭、石油和自然氣D．煤炭、石油和自然氣的化學(xué)能歸根究竟來自太陽能解析：選A石油、煤炭等為非再生的能源，儲量有限，能源的利用中雖然總量不變，但品質(zhì)降低，可再利用能源越來越少，所以新能源的開發(fā)和利用是當(dāng)今世界各國面臨的課題，A錯(cuò)，B、C、D對。2．[多選]下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是()A．能量耗散使能的總量削減，違反了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難收集起來重新被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動全額發(fā)生的D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低解析：選BCD能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被四周環(huán)境汲取，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；耗散的內(nèi)能很難收集起來再被利用，選項(xiàng)B正確；其他形式的能在肯定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。3．[多選]關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是()A．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)”B．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”C．“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪溶化D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化解析：選BC“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生是由于石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，它的危害是使地面氣溫上升、兩極冰雪溶化、海平面上升、沉沒沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項(xiàng)正確。一、培育創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1.如圖所示是一種太陽能草坪節(jié)能燈，太陽能電池板供一盞“10V9W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m2，平均1h得到的太陽輻射能為0.4×106J，太陽光平均一天按8小時(shí)計(jì)算，恰好可以供電子節(jié)能燈工作10h。求：(1)太陽能節(jié)能燈的能量轉(zhuǎn)化狀況；(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率；(3)太陽能節(jié)能燈利用太陽能的效率。解析：(1)能量轉(zhuǎn)化：太陽能→電能→光能(熱能)。(2)太陽能電池板單位面積上接收功率：P＝eq\f(0.4×106,0.3×1×3600)W≈370.4W。(3)太陽能節(jié)能燈效率：η＝eq\f(9×10×3600,0.4×106×8)×100%≈10%。答案：(1)見解析(2)370.4W(3)10%二、留意學(xué)以致用和思維建模2．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)。在陽光的照耀下，小電扇快速轉(zhuǎn)動，能給燥熱的夏季帶來一絲涼快。該裝置的能量轉(zhuǎn)化狀況是()A．太陽能→電能→機(jī)械能