高中鲁科版 (2019)第3节 珍惜大自然学案

第2节　能量的转化与守恒   

第3节　珍惜大自然

1.知道不同形式的能量可相互转化，在转化过程中能量总量保持不变。

2.知道能量的转化具有方向性。

3.了解熵的概念。

引入新课

[看图思考] 以下运动中能量如何转化？

新课学习

一、能量的转化与守恒

1.能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从一种形式转化为其他形式。

2.能量守恒定律：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。闭合电路欧姆定律是能量守恒定律的一种表现形式。

3.第一类永动机：不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。能量守恒定律否定了制造第一类永动机的可能性

二、自然过程的方向性与熵

1.自然界宏观过程具有方向性，是不可能自动的逆向进行。要使它们逆向进行就必须由外界对它们施加作用。

2.开尔文及克劳修斯总结出重要的自然规律：自然界发生的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程。

3.熵是描述处于不同状态的物体，分子运动状态无序程度不一样的物理量。熵越高，意味系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。此规律称为熵增加原理。引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。

例1.目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如左图所示：乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如右图所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是(　　)

A.都是把机械能转化为电能

B.都是把光能转化为电能

C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能

D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能

例2.(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是(　　)

A.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序

B.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序

C.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序

D.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序

1.电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是(　　)

A.电能全部转化为机械能，总的能量守恒

B.电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒

C.电能全部转化为内能，内能守恒

D.电能转化为机械能和内能，机械能守恒

2.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是(　　)

A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和人为毁坏物品

B.关闭现有的火力发电站

C.各地都要兴建水力和风力发电站

D.停止使用石油资源，而以核能和太阳能取代

3.下列关于熵的观点中，不正确的是(　　)

A.熵越高，代表系统分子运动越无序

B.熵较低的宏观状态就是无序程度较小的宏观状态，也就是出现概率较小的宏观状态

C.在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行

D.熵的增加意味无效能量的增加，有效能量的减小

4. “中国馆”世博中心和主题馆等主要场馆(如图所示)，太阳能的利用规模达到了历届世博会之最．总发电装机容量达到4.6×103 kW.设太阳能电池板的发电效率为18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为1.353 kW，那么所使用的太阳能电池板的总面积为________m2.

参考答案

例1.【解析】甲车靠小型发电机，发电机是依据电磁感应原理工作的，在发电的过程中车轮转动，将车轮的机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板，把光能转化为电能；故选C。

【答案】C

例2.【解析】一切自然过程总是从有序转化成无序。因此盆中的水是有序的，泼出去的水是无序的，故选项A、C正确。

【答案】AC

1.【解析】因为电动机的外壳变得烫手，说明有一部分电能转化成了内能，故A错误；电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确；在转化过程中电能转化为机械能及内能，内能不守恒，故C错误；因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，故D错误。

【答案】B

2.【解析】受地域环境的限制，风力、水力发电站不能在各地兴建，因而不能关闭火力发电站，故B、C错误；受技术限制，核能和太阳能尚未大规模被利用，所以也不能停止使用石油资源，故D错误；人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和人为毁坏物品，A正确。

【答案】A

3.【解析】熵是物体内分子运动无序程度的量度，在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向增加的方向进行，熵值越大，代表系统分子运动越无序，熵增加就意味着无效能量的增加，有效能量的减少，故A、B、D正确，C错误。

【答案】C

4.【解析】设P＝4.6×103 kW，发电效率η＝18%，地球表面每平方米接收到太阳能的功率P0＝1.353 kW，则由能量转化与守恒得：P＝P0×S×η

代入数据，解得S＝1.9×104 m2.

【答案】1.9×104