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高二物理必修三12.4《能源与可持续发展》导学案
学习目标：1.掌握能量守恒定律的内容，理解能量守恒定律的适用范围.
2.了解什么是能源耗散和品质降低，认识能量转移或转化的方向性.
3.认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识．
学习过程：
机械能守恒是解决动力学问题中的常用方法，条件是不计阻力，但是在考虑阻力时，我们仍然可以利用△E=Q进行计算，即能量是守恒的。
一、能量守恒定律
能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量 ．
例1：行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象所包含的相同物理过程是( )
A．物体机械能守恒 B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量 D．物体的机械能转化为其他形式的能量
内能、机械能等可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？
把刚刚煮熟的热鸡蛋拿出来放在冷水中，鸡蛋的温度 ，水的温度 ，最终鸡蛋和水的温度会 ，这一过程是自发的；达到温度相同后，鸡蛋和水都不能自发地变回到原来的温度，这一例子说明，与热现象有关的宏观自然过程是 ，虽然能量守恒，能量转化的过程中有些可以自然发生，有些则不能。
二、能量转移或转化的方向性
一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的．热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的 ．
能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的 ．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有 ．
例2：热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（　　）
A．能量耗散说明能量不守恒
B．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中涉及热运动的宏观过程具有方向性
正是由于能量的耗散现象，人类面临着能源危机，要解决这个问题，我们首先要对能源有正确的认识。
三、能源的分类与应用
能源的分类一：
（1）不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作______能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于 能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
能源的分类二：
能源可分为一次能源和二次能源。直接取之于自然界，未经人类加工转换的能源称为一次能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、生物能、海洋能等。从一次能源直接或间接转化而来的能源称为二次能源，如电能、氢能、焦炭等
例3：关于能源的开发和应用，下列说法中不正确的是（　　）
A．能源应用的过程就是内能完全转化为机械能的过程
B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能
C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源
D．随着科学技术的发展，煤炭资源将逐步被其他清洁能源所取代
四、能源与社会发展
1.人类对能源的利用大致经历了 、 和 三个时期。
2.可持续发展的核心是追求 与 、 的平衡，既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需要。
例4：风能是清洁能源，是未来能源的重要发展方向，全球可利用的风能为2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是（　　）:
A．风力发电是把风的内能转化为电能
B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C．风力发电过程违反能量守恒定律
D．水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
课后作业：
1、下列关于能量守恒定律的认识错误的是（　　）
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成
D．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
2、热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（　　）
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
C．能量耗散表明，能量守恒定律具有一不定期的局限性
D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
3、光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　）
A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW
4、如图所示，甲、乙两金属球完全相同，若将两球从相同的初温加热到相同的末温，且不计悬线和支持面的吸热，依据能量守恒的观点可判断（　　）
A．甲球吸热较多 B．乙球吸热较多
C．两球吸热一样多 D．无法比较哪只球吸热较多
5、在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的 (　　)
A．制作一个内能回收器，将散失在周围环境中的内能全部收回再利用
B．发明一种不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器—永动机
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
6、一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。对于这一过程,下列说法正确的是 (　　)
A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量
C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹增加的内能之和
7、在最近几年的空调市场上出现了一个新宠——变频空调,据专家介绍变频空调比定频空调要节能,因为定频空调开机时就等同于汽车启动时,很耗能,是正常运行的5~7倍。定频空调在工作时达到设定温度就停机,等温度高了再继续启动,这样的频繁启动,耗电多。变频空调启动时有一个由低到高的过程,而运行过程是通过自动变速来保持室内温度,从开机到关机中间不停机,所以比较省电。根据上述介绍,判断以下说法中合理的是 (　　)
A.变频空调节能,运行中不遵守能量守恒定律
B.变频空调运行中做功少,转化能量多
C.变频空调在同样工作条件下运行效率高,省电
D.变频空调与定频空调做同样多的功时,消耗的电能不一样多
8、借助冬奥会的推广，中国正在大力发展冬季运动。一位运动员在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力和阻力对他做功的情况如图所示。该运动员在此过程中（　　）
A．动能增加了1800J B．重力势能减小了1600J
C．内能增加了2000J D．机械能减小了200J
9、如图所示，光滑斜面体ABC固定在水平面上，底角θ=37°，顶角∠B=90°，物块a和长木板b分别放在斜面BC和AB上，细线绕过固定在斜面顶点的轻质光滑定滑轮，两端分别与物块a和长木板b相连，将物块a锁定，滑轮两侧的细线分别与两侧的斜面平行，长木板b的质量为m，物块a质量为2m，解除物块a的锁定，同时将质量为0.5m的物块c轻放在长木板的上端，物块c始终保持静止，重力加速度为g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则下列判断正确的是（　　）
A．物块c与长木板b间的动摩擦因数为0.6
B．物块a运动的加速度为m/s
C．物块a机械能的减小量大于长木板b机械能的增加量
D．物块a机械能的减小量等于长木板b机械能的增加量
10、如图甲所示，一物块从足够长的固定粗糙斜面底端以某一速度冲上斜面。从初始位置起物块动能Ek随位移x的变化关系如图乙所示。已知物块质量为2 kg，斜面倾角为37°，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取重力加速度g＝10 m/s2。下列说法正确的是 (　　)
A．物块上升的最大高度为5 m
B．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5
C．整个上滑过程物块机械能减少了100 J
D．整个上滑过程物块重力势能增加了100 J
11、潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源。现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为S=4×106m2，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为h=4m时（以海水流入前的水库水面为参考系），打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门。等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电（此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度）。由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为（　　）
A．4×1010J B．1.5×1010J C．3×1011J D．1.5×1011J
12、某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内空气动能的10%转化为电能，若该风力发电机的发电功率约为1.63×104W，则该地区的风速约为（　　）
A．10m/s B．8m/s C．6m/s D．4m/s
13、如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳能为0.4×106 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
14、如图所示,质量为m的小物体A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,刚好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为μ,此时木板对地位移为x,重力加速度为g。在这一过程中,求:
(1)木板增加的动能;
(2)小物体减少的动能;
(3)系统产生的内能。
参考答案
1、 B 2、B 3、A 4、B 5、D 6、B
7、C 8、D 9、B 10、B 11、C 12、C
13、 (1)太阳能转化为电能，转化为化学能，转化为电能，转化为光能和内能　(2)370 W　(3)10%
14、 (1)μmgx (2)μmg(x+l) (3)μmgl

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