(一)課前閱讀:
1.近幾年流行一種“自發(fā)電電動車”,基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處,車輪轉(zhuǎn)動時,帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動車,你認(rèn)為僅靠這種方式,電動車能持續(xù)運(yùn)動下去嗎?
2.內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為電能,電能可以轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機(jī)械能……既然能量是守恒的,不會憑空消失,為什么還要節(jié)約能源呢?
(二)基礎(chǔ)梳理
能量守恒定律
能量守恒定律的理解與應(yīng)用
1.自然界中不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,一種形式的能量減少一定伴隨著其他形式的能量增加,能量的總量保持不變.
2.能量守恒定律的適用范圍
能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律,是在各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律.
3.能量守恒定律的表達(dá)式
(1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和.
(2)ΔE增=ΔE減,某些能量的增加量等于其他能量的減少量.
4.應(yīng)用步驟
(1)明確研究對象及研究過程;
(2)明確該過程中,哪些形式的能量在變化;
(3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中,哪些能量增加,哪些能量減少;
(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式).
【典例精析】
例1.能量守恒定律的建立是人類認(rèn)識自然的一次重大飛躍,它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一.下列說法正確的是( )
A.因為能量守恒,所以能量可以隨意使用
B.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化
C.因為能量不會消失,所以不可能有能源危機(jī)
D.能量可以被消滅,也可以被創(chuàng)生
例2.某地強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速約為v,空氣的密度為ρ,如果把通過橫截面積S的風(fēng)的動能完全轉(zhuǎn)化為電能,則用上述已知量計算電功率的公式為( )
A.P=eq \f(1,2)ρSv B.P=eq \f(1,2)ρSv2
C.P=eq \f(1,2)ρSv3 D.P=eq \f(1,2)ρSv4
二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性
對“能量的耗散和品質(zhì)降低”的理解
(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,流散到周圍的環(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,能量的耗散雖然不會導(dǎo)致能量的總量減少,卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,實際上是將能量從高度有用的形式降級為不太可用的形式.
(3)能量的耗散導(dǎo)致可利用能源減少,所以要節(jié)約能源.
【典例精析】
例3.(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣,下列說法正確的是( )
A.熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體
B.在一定條件下,熱量可以從低溫物體傳到高溫物體
C.熱量的傳遞過程不具有方向性
D.在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性
例4.熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象.所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用.下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是( )
A.能量耗散是指在一定條件下,能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了
B.能量耗散表明,在能源的利用過程中,能量在數(shù)量上并未減少,但在可利用的品質(zhì)上降低了
C.能量耗散表明,能量守恒定律不一定正確
D.能量不可能耗散,能量守恒定律反映了自然界中能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程可以有任意的方向性
三、能源的分類與應(yīng)用 能源與社會發(fā)展
1.能源的分類
按可否再生分為可再生能源與不可再生能源
(1)不可再生能源:人們把煤炭、石油、天然氣叫作化石能源.化石能源無法在短時間內(nèi)再生,被叫作不可再生能源.
(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿龋?br>2.能源和環(huán)境污染
(1)溫室效應(yīng):石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量,因此加劇了溫室效應(yīng).溫室效應(yīng)使得兩極的冰雪融化,海平面上升,淹沒沿海城市,使海水倒流入河流,從而使耕地鹽堿化;溫室效應(yīng)使全球降水量變化,影響氣候和植被變化,影響人體健康.
(2)酸雨:酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水.形成酸雨的主要原因是燃燒煤炭和石油,以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度升高,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)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔铮@些化合物在大氣中受到紫外線的照射,產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧.這些物質(zhì)有毒,會引起人的多種疾?。?br>另外,常規(guī)能源燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是一種主要的污染物.
3.能源與社會發(fā)展
要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就要樹立新的能源安全觀,并轉(zhuǎn)變能源的供需模式.一方面大力提倡節(jié)約能源,另一方面要發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等清潔能源,推動人類與自然的和諧發(fā)展.
【典例精析】
例5.某市有20萬臺空調(diào)機(jī),每臺空調(diào)機(jī)在夏季平均使用60天,每天耗電8 kW·h.為了節(jié)約能源,該市政府建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1 ℃,這樣每臺空調(diào)機(jī)每天可節(jié)省6%的電能.那么這樣做能使該市在夏季節(jié)省多少電能?已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值是2.92×107 J/kg.發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%.請計算一下,這項節(jié)能建議的實現(xiàn)能在1年內(nèi)節(jié)約多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤?(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化
(1)各種運(yùn)動形式都有對應(yīng)的能:機(jī)械運(yùn)動有機(jī)械能,分子的熱運(yùn)動有內(nèi)能,還有其他運(yùn)動中的電磁能、化學(xué)能、原子能等。
(2)各種形式的能,通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如,利用電爐取暖或燒水,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;煤燃燒,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;列車剎車后,輪子溫度升高,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒解題的步驟
(1)首先分析研究對象的受力和做功情況,能量的轉(zhuǎn)化方向及初、末狀態(tài)能量的具體形式。
(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)依據(jù)ΔE減=ΔE增列式求解。
3.能源的分類方式及能源特點(diǎn)對比
4.能源對環(huán)境的影響
(1)常規(guī)能源對環(huán)境的影響:石油和煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量,產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”,引發(fā)了一系列問題,如兩極的冰雪融化、海平面上升,海水倒灌、耕地鹽堿化……這些都是人類過度開發(fā)自然所產(chǎn)生的嚴(yán)重問題。
(2)做好環(huán)境保護(hù)工作:目前的任務(wù)是采用能源新技術(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;提高汽車發(fā)動機(jī)效率,解決尾氣問題,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,變廢為寶。
一、單選題
1.(2022·山西·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試)2021年全國青年科普創(chuàng)新實驗大賽中風(fēng)帆車項目是利用自然風(fēng)吹動風(fēng)帆車前進(jìn),2022年該大賽中太空車項目是利用電池驅(qū)動電動機(jī)帶動太空車攀爬障礙物。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化,以下說法正確的是( )
A.都是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B.都是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C.風(fēng)帆車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,太空車將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.風(fēng)帆車將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,太空車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
2.(2022春·海南省直轄縣級單位·高一??计谥校┮韵聨追N發(fā)電方式,屬于利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的是( )
A.核電站發(fā)電B.太陽能發(fā)電
C.風(fēng)力發(fā)電D.火力發(fā)電
3.(2023·浙江金華·統(tǒng)考模擬預(yù)測)碳酸飲料具有高熱量,過量飲用會影響身體健康。如圖所示是一款碳酸飲料的相關(guān)信息,與圖中“大卡”對應(yīng)的單位是( )
A.WB.JC.KD.
4.(2023春·寧夏銀川·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試)能量守恒定律是人類認(rèn)識自然的最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一,下列說法正確的是( )
A.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化
B.能量可以被創(chuàng)生,也可以被消滅
C.因為能量是守恒的,所以不需要節(jié)約能源
D.因為能量是守恒的,所以不可能發(fā)生能源危機(jī)
5.(2023春·遼寧遼陽·高二統(tǒng)考期末)一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件,當(dāng)對它擠壓或拉伸時,它的兩端就會形成一定的電壓,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一種燃?xì)獯蚧饳C(jī),就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的。只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕,壓電陶瓷片就會產(chǎn)生10kV~20kV的高壓,形成火花放電,從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。上述過程中,壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是( )
A.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能
C.光能轉(zhuǎn)化為電能D.機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
6.(2023春·浙江衢州·高一統(tǒng)考期末)如圖所示,為我國某地的一風(fēng)力發(fā)電機(jī),其葉片的半徑為R,若風(fēng)速恰好與葉片轉(zhuǎn)動所在圓面垂直,風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η。已知空氣密度為ρ,風(fēng)速為v。下列說法正確的是( )

A.單位時間內(nèi)沖擊發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的質(zhì)量為
B.單位時間內(nèi)沖擊發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的動能為
C.該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為
D.若每天平均有的風(fēng)能資源,則每天發(fā)電量為
7.(2023春·江蘇徐州·高一徐州市第一中學(xué)??计谥校?022年6月30日位于浙江安吉的長龍山抽水蓄能電站全部機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。該項目是華東地區(qū)最大的抽水蓄能電站,主要承擔(dān)整個華東電網(wǎng)調(diào)峰、填谷的雙倍調(diào)峰功能。電站在電網(wǎng)用電低谷時將水抽到高處,在電網(wǎng)用電高峰時再利用水能發(fā)電,平均用4度谷電能換3度峰電。電站每年可生產(chǎn)清潔電能2.435×109kwh。已知峰電價格0.50元,谷電價格0.30元。下列說法正確的是( )
A.水能是不可再生能源
B.該電站產(chǎn)生的電能小于消耗的電能,從經(jīng)濟(jì)的角度沒有實際意義
C.電站實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為勢能儲存,需要時再轉(zhuǎn)化為電能,說明能量不僅數(shù)量上守恒,在可利用的品質(zhì)上也不變
D.電站每年發(fā)電直接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為2.435×104萬元
8.(2023春·浙江臺州·高一浙江省臨海市大田中學(xué)??茧A段練習(xí))風(fēng)能是一種潔凈、無污染、可再生的能源,臨海括蒼山山頂上建有全國第四大風(fēng)力發(fā)電場,如圖所示。已知該地區(qū)的風(fēng)速約為6m/s,空氣密度約,已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)葉葉片長度為40m,且風(fēng)能的30%可轉(zhuǎn)化為電能,則一臺發(fā)電機(jī)發(fā)電功率約為( )
A.B.
C.D.
二、多選題
9.(2023春·內(nèi)蒙古包頭·高一統(tǒng)考期末)現(xiàn)代社會倡導(dǎo)“綠色、低碳、節(jié)能”的新型生活方式。下列做法符合節(jié)能要求的是( )
A.電腦使用完畢后關(guān)機(jī)并切斷電源
B.電視機(jī)長時間處于待機(jī)狀態(tài)
C.長時間外出需要切斷熱水器電源
D.手機(jī)充電結(jié)束后拔掉充電器
10.(2022·高二課時練習(xí))煤炭是重要的能源和化工原料,直接燃燒既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。某企業(yè)利用“煤粉加壓氣化制備合成氣”新技術(shù),讓煤變成合成氣(一氧化碳及氫氣總含量≥90%),把煤“吃干榨盡”。下列有關(guān)說法正確的是( )
A.煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學(xué)變化和物理變化
B.煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學(xué)變化但沒有物理變化
C.該技術(shù)實現(xiàn)了煤的清潔利用
D.該技術(shù)實現(xiàn)了煤的高效利用
11.(2023·全國·高三專題練習(xí))下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程的說法中不正確的是( )
A.所有能量守恒的過程都能自發(fā)地發(fā)生
B.摩擦生熱的過程是不可逆過程
C.人們對太陽能的開發(fā)和利用,說明能量可以憑空產(chǎn)生
D.能的轉(zhuǎn)化過程符合能量守恒定律,因此不會發(fā)生能源危機(jī)
12.(2022·高三課時練習(xí))下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是( )
A.能量耗散使能量的總量減少
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用
D.能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低
13.(2023·全國·高三專題練習(xí))細(xì)繩一端固定在天花板上,另一端拴一質(zhì)量為m的小球,如圖所示。使小球在豎直平面內(nèi)擺動,經(jīng)過一段時間后,小球停止擺動,下列說法正確的是( )
A.小球機(jī)械能不守恒
B.小球能量正在消失
C.小球擺動過程中,只有動能和重力勢能在相互轉(zhuǎn)化
D.總能量守恒,但小球的機(jī)械能減少
14.(2023·全國·高三專題練習(xí))如圖為裝在屋頂上的太陽能電池板,每塊電池板的面積為2m2。晴天時,電池板每平方米每分鐘接收到的太陽能為6×104J,電池板的光電轉(zhuǎn)化效率為25%。以下說法不正確的是( )
A.太陽能為可再生能源
B.電池板的光電轉(zhuǎn)化效率25%表示此過程能量不守恒
C.晴天時太陽照射2h,每塊電池板的產(chǎn)生的電能1.44×107J
D.晴天時的一天,一塊電池板產(chǎn)生的電能可以提供十盞60W的白熾燈正常工作20小時
15.(2023·浙江溫州·樂清市知臨中學(xué)??寄M預(yù)測)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100m,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(jī)發(fā)電時,水流減少的機(jī)械能有20%轉(zhuǎn)化為電能。則三峽發(fā)電站( )
A.最大功率約為
B.年發(fā)電量約為
C.天發(fā)電量能充滿約輛新能源汽車
D.通航一天流失的能量
16.(2022春·山西·高一統(tǒng)考期末)2022年2月18日,我國選手谷愛凌榮獲北京冬奧會女子滑雪U型槽項目的冠軍。如圖所示,型槽可簡化成由、兩個相同的四分之一圓弧與水平雪道組成,與圓弧雪道相切。質(zhì)量為的谷愛凌(可視為質(zhì)點(diǎn))從點(diǎn)自由下落,由左側(cè)點(diǎn)進(jìn)入型槽中,從右側(cè)點(diǎn)自由飛出后上升至點(diǎn)。其中,,圓弧半徑。不計空氣阻力,下列判斷正確的是( )
A.谷愛凌運(yùn)動到點(diǎn)的速度為
B.谷愛凌首次運(yùn)動到點(diǎn)時,對點(diǎn)的壓力為
C.谷愛凌由到過程損耗的機(jī)械能比到過程的大
D.谷愛凌第二次離開型槽后,最高能夠到達(dá)相對于點(diǎn)的位置
課程標(biāo)準(zhǔn)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
知道不同形式的能量可互相轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變,能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。
了解可再生能源和不可再生能源的分類,認(rèn)識能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響
1.掌握能量守恒定律的內(nèi)容和重要意義.
2.了解什么是能源的耗散和品質(zhì)降低,認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性.
3.了解能源的分類與應(yīng)用.
4.認(rèn)識當(dāng)前環(huán)境問題,增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識.
一、能量守恒定律、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性
1.能量守恒定律
能量既不會憑空 ,也不會憑空 ,它只能從一種形式 為其他形式,或者從一個物體 到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量 .
2.能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性
(1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是 的.
(2)能量的耗散:其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后不能再重復(fù)利用,這種現(xiàn)象叫作能量的耗散.
(3)能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有
【拓展補(bǔ)充】
把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中,過一會,雞蛋的溫度降低,水的溫度升高,最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象:原來溫度相同的水和雞蛋,過一會兒水的溫度自發(fā)地降低,而雞蛋的溫度上升?
二、能量的分類與應(yīng)用
1.能源的分類
(1)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 能源.化石能源無法在短時間內(nèi)再生,所以這類能源叫作不可再生能源.
(2)可再生能源:水能和風(fēng)能等能源,歸根結(jié)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.
2.能源的開發(fā)與應(yīng)用
近年來,我國在能源開發(fā)方面取得了很大的成就:如: 發(fā)電、水力發(fā)電、 發(fā)電、 發(fā)電.
【即學(xué)即練】
判斷下列說法的正誤.
(1)由能量守恒定律知,能量是取之不盡、用之不竭的,也不必要節(jié)約能源.( )
(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體,也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體.( )
三、能源與社會發(fā)展
1.隨著人口迅速增長、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及工業(yè)化程度的提高,能源短缺和過度使用 帶來的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題.
2.可持續(xù)發(fā)展
(1)可持續(xù)發(fā)展的核心:追求發(fā)展與 、 的平衡:既滿足當(dāng)代人的需求,又不損害子孫后代的需求.
(2)需要做好兩方面:
①要大力提倡 ;
②發(fā)展 能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的 能源.
【即學(xué)即練】
判斷下列說法的正誤.
(3)大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化,故提倡開發(fā)利用新能源.( )
(4)能量的耗散就是能量的總量在減少.( )
分類方法
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)崮堋⒑四?、潮汐?br>二次能源
由一次能源經(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、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)使用
水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?br>不可再
生能源
短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得
煤、石油、天然氣、核燃料
按對環(huán)境
的污染情
況分
清潔能源
對環(huán)境基本沒有污染
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)

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高中物理人教版 (2019)必修 第三冊電子課本

4 能源與可持續(xù)發(fā)展

版本: 人教版 (2019)

年級: 必修 第三冊

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