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12.4 能源与可持续发展
第十二章电能 能量守恒定律
教学目标
1．理解不同能量之间的转化，知道能源和能量耗散．　
2．通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义．(重点)　
3．理解能量的转化效率的概念并会进行相关计算．　
4．通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏，初步认识科技给人类带来的负面效应，培养节能意识、环保意识．
能量
太阳能
化学能
电能
风能
内能
潮汐能
地热能
核能
能量的概念：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量
能量
重力做功
弹簧弹力做功
合力做功
除重力和弹力以外的其它力做功
重力势能
弹性势能
动能
机械能
功是能量转化的量度
其它形式能
其它形式能
其它形式能
其它形式能
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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
历史上有很多人挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器—永动机
魔轮永动机
滚珠永动机
磁力永动机
阿基米德螺旋永动机
水塔式永动机
软臂永动机
你认为永动机可能制成吗？
能量守恒定律
永动机为什么不可能制成？
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此永动机不可能制成。
能量守恒定律
能量守恒定律
使得能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：
①确认了永动机的不可能性
②发现了各种自然现象之间的相互联系与转化
能量守恒定律
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
能量守恒定律
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；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错；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对；所谓“全自动”手表内部是有能量转化装置的，D错．
既然能量是守恒的，不可能消失，为什么我们还要节约能源？
能量耗散
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
热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用
这种现象叫做能量的耗散
能量耗散
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移
而不会自发地从低温物体向高温物体转移
能量的利用是有条件的，也是有代价的
能量耗散
能量耗散和能量守恒是否矛盾？
能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少，但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因。
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
能量耗散
1．能量的转化效率
能量的转化效率是转化为有用功的能量跟输入能量的比值，即η＝×100%．
2．能量转化方向性的理解
能量转化和守恒定律指各种形式的能量是可以相互转化的，并且在转化或转移过程中总和不变，但实际上，能量的转化和转移也不是任意的，涉及内能的转化和转移都是有方向的，表现在：
(1)机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化．
(2)内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移．
能量耗散
例2 下列说法中正确的是(　　)
A．从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B．热机的效率从原理上讲可达到100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D．以上说法均不正确
解析：自发地热传递的条件是必须存在温度差，而不是内能差，甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，故A错误；任何热机的效率都不可能达到100%，因此B错误．
答案：D
能量耗散
例3 (多选)下列关于能量耗散的说法正确的是 (　　)
A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律
B.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用
C.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质的降低
解析:能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故选项A错误,选项D正确;耗散的内能很难再被利用,选项B正确;其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够全额进行,选项C正确。故选B、C、D。
能源
能源是人类社会活动的物质基础，人类对能源的利用大致经历了三个时期
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源
到了20世纪50年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭
能源
能源分类方法 能源分 类名称 特点 举例
按形式 或转换 特点分 一次能源 自然形成,未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用 技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发,或有新的利用方式 太阳能、地热能、海洋能、沼气、风能
能源分 特点 举例
可再生能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
能源
能源的开发与利用关系图
传统能源在使用中的问题
能源短缺
煤炭和石油资源是有限的
以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续利用。
传统能源在使用过程中存在什么样的问题？
传统能源在使用中的问题
环境恶化
大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的气体改变了大气的成分，甚至加剧了气候的变化。
能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题
传统能源在使用中的问题迫使我们必须寻找新能源
太阳能
太阳能转化为内能
太阳能转化为电能
其它新能源
风能转化为电能
核能转化为电能
潮汐能转化为电能
地热能转化为电能
其它新能源
能源
例4 (多选)下面关于能源的说法正确的是 (　　)
A.一切能源是取之不尽、用之不竭的
B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析:尽管能量守恒,但耗散的内能很难重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错误,B正确;常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大,C正确,D错误。
答案:BC
本课结束

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