新人教版高中物理必修三《12.4能源与可持续发展》教学课件

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知识点二 能量转移或转化的方向性 [观图助学]
各种形式的能量都可以互相转化，你能说出下列现象(如图所示)中，能量是如何转 化的吗？
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1.能量转化：自然界中存在着各种不同形式的能量，并且各种形式的能量是可以相互 ___转__化___的，但在大多数情况下，各种形式的能量最终都转化为____内__能__。
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[针对训练2] 瀑布从20 m高处以103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再 以2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的 效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计， g取10 m/s2) 解析 设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象， 竖直下落后减少的机械能为 mgh－12mv2 转化为电能的功率为
2.常规能源和新能源的转化途径
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3.能源的分类
能源分类方法 能源分类名称
按形式或转换 特点分
一次能源 二次能源
按利用技术分
常规能源 新能源
特点
举例
自然形成，未经加 太阳能、风能、地热能、
工
核能、潮汐能
由一次能源经加工 焦炭、木炭、蒸汽、液化
转换而成
气、酒精、汽油、电能
已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
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解析 根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大； 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；不需要任何外 界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律， 不可能制成，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体 的内能，能量并没有消失，故D错误。 答案 D
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(2)如图所示，是自制水轮机。能量的转化是如何实现的？遵循什么规律呢？能 量会被永久地利用吗？
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1.能量守恒定律内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种____形__式__转化为另一种形 式，或者从一个物体_____转__移_到别的物体，在_____转__化_或_______转_的移过程中，能量 的总量________保__持__不。变
(1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动 等都成立。 (2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自然、改造自然起着 重要的指导作用。 (3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料， 却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
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2.表达式 (1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 (2)ΔE增＝ΔE减，能量的增加量等于能量的减少量。
2.能量转化的方向：物体的机械能可以自发地___全__部__转___化__为内能，但内能___不__可__能_自 发地全部转化为机械能而使物体恢复原来的机械运动。
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3.能量的耗散：燃料燃烧时 ，一旦把自己的热量释放出去 ，就不会再次自 动 __聚___集___起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转 化为______热__能和_______光_，能热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的________， 我内们能无法把这些________收集起内来能重新利用，这种现象叫作能量的耗散。能量耗 散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少 ，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的了。
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1.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、____________和煤_炭__时___期______ 。石自油工时业期革命以来，________和_______煤_成为人类石的油主要能源。
2.__能__源___短__缺___和____环__境__恶___化_已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 3.__能___量__耗__散___ 反 映 了 能 量 转 化 的 宏 观 过 程 具 有 方 向 性 ， 所 以 自然 界的能 量 虽 然
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[思考判断] (1)由于能源危机，所以要不断开发新能源。( √ ) (2)煤、石油、天然气属于常规能源。( √ ) (3)电能、焦炭、氢能属于一次能源。( × )
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知识点四 能源与社会发展 [观图助学]
(1)观察下列两幅图，回答问题：
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①既然能量是守恒的，为什么当今社会会出现能源危机？ ②解决能源危机的途径是什么？ (2)如图所示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在 的主要问题是什么？
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[探究归纳] 1.各种形式的能最终都转化为内能，耗散到周围的环境中，分散在环境中的内能不
管数量多么巨大，它也不能驱动机器做功了。 2.从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此
可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际 上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。 3.能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
2.能量守恒定律意义 能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最__普__遍____、最 __重___要___、最____可__靠__的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形 式。
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[思考判断] (1)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。( √ ) (2)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。( √ ) (3)技术足够发达后，永动机就可以制成。( × ) (4)能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。( √ )
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解析 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了 能量转化和守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部 分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错误； 马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存 的生物质能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当 人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面 上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。 答案 C
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思路点拨 解答本题时应明确以下两点 (1)风能就是空气定向流动的动能。 (2)发电效率等于电功率与总功率的比值。
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解析 (1)由能量转化和守恒定律可知12mv20＝P 总 t ①
而m＝πr2v0tρ ②
把②代入①解得 P 总＝12πr2ρv30。
(2)η＝PP总＝πr22ρPv30。
答案
(1)12πr2ρv30
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[思考判断] (1)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质降低。( × ) (2)能量耗散表明能量正在逐渐消失。( × ) (3)能量不能创造，不能再生，能量只能进行转化或转移，但能量间的转化或转 移具有方向性。( √ ) (4)能量是守恒的，但能量的利用过程是不可逆的。( √ )
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知识点三 能源的分类与应用 [观图助学]
正在开发，或有新 太阳能、核能、地热能、
的利用方式
海洋能、沼气、风能
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可再生能源 按可否再生分
不可再生能 源
可循环使用 短期内无法转换获得
水能、风能、生物质能、地热 能
煤、石油、天然气、核燃料来自按对环境污染 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
情况分
污染能源
会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
第4节 能源与可持续发展
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物理观念
科学思维
科学探究
1.了解各种不同形式的能，知道能量
1.探究各种形式的
守恒定律确定的两类重要事实。 1.能量守恒定律 能的转化及守恒定
2.能够叙述能量守恒定律的内容，会 的理解。
律。
核心
用能量守恒的观点分析、解释一些实 2.应用能量守恒 2.探究能量转化方
素养
际问题。
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[试题案例] [例1] 下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展，永动机是可以制成的 B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量 都消失了 C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能 的 D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动， 说明能量可以凭空产生
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[例2] 风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地 区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景。通过风轮机一个叶片 旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为ρ，风轮机叶 片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式； (2)风力发电机利用风能的效率表示式。
定律解决问题。 向性及新能源的开
3.了解能量耗散，知道能源短缺和环 3.能量转化方向 发及应用。
境恶化问题，增强节约能源和环境保 性的理解。
3.节能与环境保护
护意识。
措施。
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知识点一 能量守恒定律 [观图助学]
(1)一个叫丹尼斯·李(DennisLee)的美国人在《美国 今日》《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告， 在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机 。 你认为这种发电机能造出来吗？
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答案 仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将 电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电 动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去， 必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
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[探究归纳] 1.能量守恒定律的重要意义
如图所示是我国能源结构的统计图。 请根据此图数据完成下面两个问题： (1)总结出我国能源结构或能源现状的规律。 (2)试着提出解决这种现状的合理化建议。
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