教科版高中物理必修第三册第四章能源与可持续发展课时PPT课件

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第四章　能源与可持续发展1　能量　能量守恒定律2　能源3　环境保护与可持续发展基础探究合作探究实践应用基础探究 形成概念·掌握新知知识点一　能量的分类1.根据研究对象划分(1)在力学中,讨论和研究的是宏观物体的运动,对应的能量是 。(2)在热学中,讨论和研究的是由大量微观粒子(分子)组成的热力学系统,对应的能量主要是 (包括分子 和分子 )。(3)在电磁学中,讨论和研究的是电场、磁场及其与电荷、电流的相互作用,对应的能量主要是 。2.根据物质的运动形式划分(1)机械运动对应着 。情境化导学机械能内能动能势能电磁能机械能(2)热运动,即分子的无规则运动对应着 。(3)电磁运动对应着 。(4)化学变化,即原子的外层电子变动,对应着 。(5)原子核的变化对应着 。知识点二　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 为另一种形式,或者从一个物体 到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量 。这就是能量守恒定律。内能电磁能化学能核能转化转移不变2.意义(1)能量守恒定律不止是物理学的基本规律,而且是包括生命科学在内的整个自然科学的基本规律,它的发现被认为是19世纪自然科学的三个伟大发现之一。(2)能量守恒定律建立之后,物理学以至自然科学的每一个理论,首先都必须经受它的检验。永动机之所以不可能成功,就在于它违背了这条基本规律,企图不消耗任何能量而做功。知识点三　能源　能源的分类1.能量的品质:从人类对能量的利用的角度看,能量是有品质高低之分的,内能(热能)是品质 的能量。2.能源:把能够提供人类所需 的自然资源称为能源。最低能量3.能源的分类(1)一次能源和二次能源①一次能源:是指那些直接取自自然界的未经加工、转换的能源,如原煤、原油、 、生物燃料、水流、风力、 、地热能、海洋能等。②二次能源:是指由 经过加工、转换而形成的能源,如由原煤而生成的焦炭、煤气,由原油提炼而成的汽油、航空煤油,由各种形式的发电站产生的电能,生产出来的高压蒸气、热水等。(2)可再生能源和非再生能源①可再生能源: 、水流能、 、地热能等。②非再生能源: 、 、天然气等。天然气太阳能一次能源风能太阳能煤炭石油(3)传统能源和新能源①传统能源:煤炭、 、天然气。②新能源:水流能、风能、太阳能、地热能等,真正的新能源是 。4.解决能源问题的出路(1)节流,就是减少消耗。要改进技术来减少能耗,要做到消耗更少的能源而生产出更多更好的产品。人们日常生活中也要注意 ,减少不必要的消耗。(2)开源,即开发新能源,以替代 。知识点四　环境保护与可持续发展1.发展离不开能源,减少 能源的消耗,走可持续发展道路。石油核能节约能源传统能源不可再生2.环境污染与能源的大量消耗有着密切关系。化石燃料的燃烧产生大量的 ,其杂质生成的 、一氧化氮,以及不完全燃烧而生成的 等气体的危害严重。3.核能是真正的新能源。利用核能要加强 ,规范 。4.环境的破坏不只与能源的过量消耗有关,很多 都会破坏环境。二氧化碳二氧化硫一氧化碳安全措施操作过程人类活动思考与自测1.思考判断(1)各种形式的能量可以相互转化,但能量的总量保持不变。(　 　)(2)只要科学技术足够发达,违背能量守恒定律的过程就可能发生。(　 　)(3)能源是取之不尽,用之不竭的。(　 　)(4)大量消耗传统能源导致环境恶化,故提倡大力开发利用新能源。(　 　)√××√2.思维探究(1)有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。这是不是一种永动机?如果不是,维持表针走动的能量是来自哪里?答案:(1)不是永动机;手转动转轮对表内的转轮做功,转化为表针走动的能量。(2)在一间隔热很好的密闭房间里放一台电冰箱,如果把冰箱门打开,开动一段时间后,房内温度降低还是升高?为什么?答案:(2)温度升高;因为电冰箱消耗电能产生热量,使密闭空间的内能增加,温度升高。合作探究 突破要点·提升关键要点一　对能量守恒定律的理解1.在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应,在物体运动中,能量转化是无时不在的。不同形式能量的转化,意味着物体的运动由一种形式转化为另一种形式,能量守恒是沟通不同运动形式的重要纽带。2.不同形式的能量之间的相互转化一定要通过做功过程来实现,而能量的转移是通过某种形式的传递来完成的。3.根据能量守恒定律,所有不消耗能量而又不停地向外做功的“永动机”是永远不可能制成的。归纳拓展4.关于太阳能的转化太阳能辐射到地球表面,产生热量和化学能,热量给地球以温暖,推动地表水的循环和空气的流动。其辐射的直接利用基本上有以下四种方式:(1)太阳能——内能转换基本原理是将太阳辐射能收集起来,来加热物体而获得内能,如地膜、大棚、温室等。(2)太阳能——电能转换有两种方式:一种是利用太阳辐射能发电;另一种是太阳能与电能的转换,是利用光电效应,将太阳辐射能直接转化成电能。(3)太阳能——化学能转换利用太阳辐射能可以转化为化学能,进而生成新物质,或利用其分解化学物质生成新物质。例如直接分解水制氢。(4)太阳能——生物质能的转换主要是通过地球上众多的植物的光合作用,将太阳辐射能转化为生物质能。生物质能又叫绿色能源,是植物体燃烧放出的热能。[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。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(　 　)A.物体克服阻力做功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.物体的化学能转化为其他形式的能量A思路点拨:本题考查能量的转化和守恒定律,考查学生的综合分析能力,从若干不同现象中分析找出相同的规律。解析:这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用,汽车主要受制动阻力,流星、降落伞受空气阻力,条形磁铁下落主要是受到磁场阻力。因而物体都克服阻力做功,选项A正确。四个物体运动过程中,汽车是动能转化成了其他形式的能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能,总之是机械能转化成了其他形式的能,选项B,C,D错误。[针对训练1]如图所示为冲击摆实验装置,飞行的子弹射入沙箱后与之合为一体,共同摆起一定高度,则下面有关能的转化的说法中正确的是(　 　)A.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的内能B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能C.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D.子弹的动能一部分转变成了沙箱和子弹的内能,另一部分转变成了沙箱和子弹的机械能D解析:由于摩擦力做功,有一部分机械能转化为内能,选项D正确。要点二　能量守恒定律的应用归纳拓展在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化,是通过哪些力做功实现的,这些能量分别属于哪些物体,然后再寻找合适的守恒方程式。(1)某种形式的能量增加,一定存在着其他形式的能量减少,且增加量等于减少量。(2)某个物体的能量增加,一定存在着其他物体的能量减少,且增加量等于减少量。[例2] 风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮,设空气密度为ρ,风的动能有50%转化为风车的动能,风车带动水车将水提高h的高度,效率为80%。求单位时间内最多可提升的水的质量。[针对训练2] 重10 t的气锤从2.5 m的高处落下,打在质量为200 kg的铁块上,要使铁块的温度升高40 ℃,气锤应该下落多少次?[假使气锤所做的功中有60%转变为铁块的内能,使它的温度升高。已知铁的比热容为0.46×103 J/(kg·℃),g取 10 m/s2]答案:25次要点三　能源的分类与特点归纳拓展[例3] 以下说法正确的是(　 　)A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B.汽油是一种清洁能源C.核能是可再生能源D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的A解析:煤、石油、天然气等是动植物转化成的,其来源可追溯到太阳能,选项A正确;汽油燃烧会引起一些化合物的产生,导致有毒气体的生成,选项B错误;核能是不可再生能源,选项C错误;煤、石油等储量是有限的,是不可再生能源,选项D错误。[针对训练3] (多选)下列关于能源的说法中正确的是(　 　)A.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破坏比燃烧石油、煤炭大解析:尽管能量守恒,但耗散能量无法重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,选项A错误,B正确;常规能源的利用比新能源核能的利用对环境破坏大,选项C正确,D错误。BC要点四　新能源的开发及环境保护归纳拓展1.新能源的开发(1)太阳能:有直接加热物体的太阳能热水器、太阳灶,有利用半导体材料把太阳能转化为电能的太阳电池等。主要问题是只有白天工作,还要受天气影响,会妨碍大规模使用太阳能,因此,要研究储存太阳能的方法。(2)水能:水能有巨大的开发潜力,可以开发梯级电站。(3)核能:是一个巨大的能源,通过原子核反应堆进行核发电,主要应注意核泄漏、控制核污染。(4)风能:为了增加风力发电的功率,通常把很多风车建在一起,成为“风车田”。我国的新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。2.做好环境保护工作目前的任务是采用环境能源技术,解决突出的环境污染问题,例如:城市生活垃圾问题,变垃圾为能源;汽车尾气问题,达到废气“零”排放。[例4] 关于能量和能源,下列说法正确的是(　 　)A.由于自然界中的能量是守恒的,所以不需要节约能源B.在利用能源的过程中,总能量在数量上并未减少C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造B解析:虽然自然界中的能量是守恒的,但在能源的使用过程中,能量可利用的品质会下降,所以需要节约能源,故A错误;根据能量守恒定律,在利用能源的过程中,总能量在数量上并未减少,故B正确;能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性,故C错误;根据能量守恒定律可知,能量不可以被创造,故D错误。[针对训练4] 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A解析:能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程,各种转化形式均可为人类服务,而且也并非是完全转化,故A说法错误;化石能源的能量归根结底来自太阳能,故B说法正确;在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大,故C说法正确;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,D说法正确。实践应用 拓展延伸·凝练素养模型·方法·结论·拓展能量守恒的意义及应用1.能量守恒定律的重要意义(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)能量守恒定律说明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。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,一种能量的增加量等于另外一种或几种能量的减少量。[示例]构建和谐、节约型社会的思想深得民心,也体现在生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例:将电动车的前轮装有发电机,发电机与蓄电池连接,当电动车滑行时,就可以向蓄电池充电,将其他形式的能转化成电能储存起来。现有某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行,第一次关闭充电装置,让车自由滑行,其动能随位移的变化关系如图线①所示;第二次启动充电装置,其动能随位移的变化关系如图线②所示,则电动车受到的摩擦阻力为　　　　 N,第二次启动充电装置,向蓄电池所充的电能是　　　　 J。 解析:当关闭充电装置,让车自由滑行时,电动车的动能全部用来克服摩擦力做功,转化为内能,有Ek=ƒs1,解得ƒ=50 N;当启动充电装置滑行时,电动车的动能一部分克服摩擦力做功,另一部分转化为蓄电池的电能,根据能量守恒定律有Ek=ƒs2+E电,故E电=Ek-ƒs2=200 J。答案:50　200科学·技术·社会·环境　能源的开发和利用能源对造福人类具有极其重要的意义,节约每一份能源,不仅能提高能源的利用价值,对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用。新的能源有待于人类去开发,如核能的利用、太阳能的利用等,还有许多艰苦的工作需要去做。努力学习、努力探索才是应取的态度。[示例]风能是一种很好的可再生能源,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。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。[示例]风能是一种很好的可再生能源,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。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:(2)风力发电机利用风能的效率。点击进入 课时作业点击进入 模块检测试题