资源简介

(共42张PPT)
4　能源与可持续发展
素养 目标定位
目标素养
1.了解自然界中存在多种形式的能量。知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的
2.知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一,人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源
3.知道合理使用能源的重要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯
4.认识环境污染的危害,思考科学、技术、社会、环境协调发展的关系,具有环境保护的意识和行动
知识概览
课前 基础认知
一、能量转移或转化的方向性
1.能量守恒定律。
(1)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其他形式,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。这个规律叫能量守恒定律。
(2)意义。
①能量守恒定律说明各种形式的能可以相互转化。
②能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一,一切违背能量守恒定律的设想都不可能实现。
2.能量转移或转化的方向性。
(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
(2)能量耗散:燃料燃烧时一旦把热量释放出去,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内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们很难把这些内能收集起来重新利用。
(3)能量耗散虽然不会导致在能源的利用过程中,能量在数量上的减少,却会导致能量可利用的品质的降低,它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
(4)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方向性。
微思考1 一杯水的内能突然集中在这杯水的上层,从而使上面的水剧烈地沸腾,下面的水却结成了冰。这个现象可能出现吗 为什么
提示:不可能。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
二、能源的分类与利用
1.能源的分类。
(1)不可再生能源:煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。煤炭、石油和天然气也叫化石能源。
(2)可再生能源:水能和风能等能源,归根结底来源于太阳能,在自然界中可以再生。
2.我国能源的开发。
(1)太阳能发电;(2)水力发电;(3)风能发电;(4)核能发电。
微思考2 氢气作为新能源,从环保角度来看,具有的突出特点是什么
提示:无污染。作为新能源,氢的优点是发热量高,燃烧后生成物是水,所以仅仅从环保方面讲它造成的污染几乎没有。
三、能源与社会发展
1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
2.化石能源的资源有限,而且对环境有很大的破坏。
3.环境问题:化石能源的大量消耗带来的环境问题有温室效应、酸雨、光化学烟雾等。
4.可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡。
微思考3 当前,世界上日益严重的环境问题主要源于什么
提示:人类对环境的污染和破坏。人类对环境的改造幅度已经很大且地域扩张也很厉害,如乱砍滥伐、过度放牧、不合理开垦(围湖造田、垦荒、湿地开发等)、环境污染使环境不再适合生物生存等使生物的栖息环境遭到破坏,使生物的生活环境越来越少,导致生物种类越来越少,还有滥捕乱杀、偷猎等,也使生物种类减少,这些原因会加剧环境的进一步恶化。
课堂 重难突破
一 能量的转化与守恒
问题探究
下图是小型汽油机模型。
探究1:汽油机在工作过程中能量是怎样转化的
探究2:内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗
探究3:内燃机工作时总能量是否守恒
提示:探究1:汽油燃烧时化学能转化为内能,汽油释放出来的内能转化为活塞、曲轴、飞轮等的机械能。
探究2:不能,因为内燃机工作时总有内能损失,不可能全部转化为机械能。
探究3:守恒。
归纳总结
1.自然界中不同形式的能量可以相互转化,一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加,能量的总量保持不变。
2.能量守恒定律的适用范围。
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律,是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。
3.能量守恒定律的表达式。
(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,某些能量的增加量等于其他能量的减少量。
4.应用步骤。
(1)明确研究对象及研究过程。
(2)明确该过程中,哪些形式的能量在变化。
(3)确定参与转化的能量中,哪些能量增加,哪些能量减少。
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。
典型例题
【例1】 构建和谐型、节约型社会深得民心,遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例,电动车的前轮装有发电机,发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时,自行车就可以通过发电机向蓄电池充电,将其他形式的能转化为电能储存起来。
现有某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行,第一次关闭自充电装置,让车自由滑行,其动能随位移变化关系如图线①所示;第二次启动自充电装置,其动能随位移变化关系如图线②所示,则第二次向蓄电池所充的电能是(　　)
A.200 J B.250 J
C.300 J D.500 J
答案:A
二 能量转移和转化的方向性
问题探究
下图是儿童玩滑梯的照片,儿童从滑梯的顶端滑到底端的过程中机械能转化为内能,儿童能从周围环境中吸收热量,自动地从底端返回滑梯顶端吗
提示:不能。自然进行的与热现象有关的一切宏观过程都是不可逆的。
归纳总结
1.地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能。
2.能量耗散:人们利用能量的过程实际上就是能量转移和转化的过程,例如生火做饭,就是把燃料的化学能转化为内能,再通过热传递即能量的转移,使食物变熟。在能量转移和转化中具有方向性,虽然自然界中能量的总量保持不变,但并非所有的能量都可以被利用,这种现象叫作能量耗散。
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,能量耗散虽然不会使能的总量减少,却会导致能量品质的降低。煤、石油、天然气等能量,在利用它们的时候,高品质的能量释放并最终转化为低品质的内能。因此,我们要节约能源。
典型例题
【例2】 (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.能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能被人类利用
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
答案:BCD
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A错误,D正确;耗散的内能无法再被利用,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完全转化,C正确。
三 能源的分类与应用
问题探究
有一座城市,经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源,计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识,指出建造哪种类型的发电站更合适,并请说明理由。
提示:建风能发电站比较合理。该城市经常受到大风的侵扰,说明此地具有丰富的风力资源,由于没有说明是否具有丰富的太阳能,所以适合建风力发电站。
归纳总结
1.能源的分类。
能源分
类方法 能源分
类名称 特点 举例
按形成或转换特点分 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 由一次能源经过加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
能源分
类方法 能源分
类名称 特点 举例
按利用技术 分 常规能源 已大规模正常使用 煤炭、石油、天然气
新能源 正在开发,或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能
按可否再生分 可再生
能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能
不可再
生能源 短期内无法转换获得 煤炭、石油、天然气
能源分
类方法 能源分
类名称 特点 举例
按对环境污染情况分 清洁能源 对环境基本没有污染 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(煤炭、石油、天然气)
2.能源的应用。
人类可开发和利用的绿色能源主要有下列几种:太阳能、生物质能、风能、水流(河流、潮汐)能、热核能、氢能源等。
典型例题
【例3】 开发利用太阳能,将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能利用形式。太阳能热水器的构造示意图如图所示,下方是像日光灯管似的集热管,由导热性能良好的材料制成,在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸一定的曲面。
试分析下列有关太阳能的利用问题:
(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应,水箱为何安装在顶部而非下部
(2)图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射
下水将沿　　　　时针方向流动,这是因为
　　　　。C是辅助加热器,其作用
是　　　　　　　　　　　。请在图中适当
位置安上进水阀门和出水阀门,并说明选择位置的理由。
答案:见解析
解析:(1)日光灯管似的集热管面积较大,便于吸收较多的太阳能;外有透明玻璃管,内有黑色管子,使阳光能直射入玻璃管而不易被反射;在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,减少两管间因空气对流引起的热损失,减少热传导;集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸一定的曲面,使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内,水箱安装在顶部而非下部,便于水的对流。
(2)集热器中的水被太阳光晒热后密度变小,受浮力作用沿管向右上方运动,即沿顺时针方向运动。在阴天用电加热的方式使水温升高。在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门,在贮水容器下方竖直管道上安上出水阀门,可使热水流出,冷水得以补充。
成果验收站
1.(多选)下列过程可能发生的是(　　)
A.自发地将排放在空气中的高温废气的内能收集起来,使其全部转化为汽车运动的机械能
B.将浓度为50%的酒精水溶液自发地分开成水和酒精
C.利用其他手段使内能从低温物体转移到高温物体
D.利用搅拌的方法使液体的温度升高,内能增大
答案:CD
解析:根据能量转化或转移的方向性可知,内能不可能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化,所以高温废气的内能不可能自发地全部转化为汽车的机械能,选项A错误。浓度为50%的酒精水溶液不可能自发地分开成为水和酒精,选项B错误。内能不可能自发地从低温物体转移到高温物体,若采用其他手段(如提供电能),可以使过程可逆,如夏天开空调制冷,选项C正确。改变物体内能有两种方式,一是对物体做功,二是热传递,所以搅拌对液体做功时可以改变液体内能,使其温度升高,内能增大,选项D正确。
2.(多选)根据能量转化或转移的方向性,下列判断正确的是
(　　)
A.电流的电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电机中,燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中,燃气的内能不可能完全转化为机械能
D.能量不能被创造或被消灭
答案:BCD
解析:根据能量转化或转移的方向性可知,凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性,电流的电能可全部转化为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知),而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化;机械能可全部转化成内能,而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化;在热传递中热量只能自发地从高温物体传递给低温物体,而不能自发地从低温物体传递给高温物体,选项A错误,B、C正确。根据能量守恒定律可知,能量不能被创造或被消灭,选项D正确。
3.(多选)关于能源的利用,下列说法正确的是(　　)
A.由于我国煤和石油的储量无限,所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要
B.能源的利用过程,实质是能量的转化或转移过程
C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
答案:BCD
解析:石油、煤等为不可再生能源,储量有限,能源的利用中虽然总量不变,但品质降低,可再利用的能源越来越少,所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题,选项A错误。
4.(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再也不能被人类利用
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.能量耗散导致能量的品质降低
答案:BCD
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,遵循能量守恒定律,但使能量品质降低,选项A错误,D正确。耗散的内能无法再被利用,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。

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