高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律4 能源与可持续发展学案

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一、能量守恒定律
1．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________________。
2．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________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________。
(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。( )
(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能。( )
(3)根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的。( )
(4)由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大。( )
例1 (多选)下列说法正确的是( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．能量既不会创生也不会消失
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
针对训练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，电动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成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行。第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线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
二、能量转移或转化的方向性
内能可以转化为电能，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？
________________________________________________________________________
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1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的，即一切与热现象有关的宏观过程具有________。
(1)能量的转移具有________：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。
(2)能量的转化具有________：如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。
2．能量耗散
在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。能量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________。
3．能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的________降低了，从________________的能源变成________________的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。
(1)摩擦生热的过程是不可逆过程。( )
(2)汽车散失的热量不能收集起来再次开动汽车，说明能量的转化或转移具有方向性。( )
(3)能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散。( )
(4)能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不但减少，而且可利用的品质降低了。( )
例2 (多选)(2022·昆明一中期中)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
针对训练2 (多选)(2022·慈溪中学高一阶段练习)把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。但是相反的过程，即原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升，这样的现象我们从来没看到过。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。这些现象说明( )
A．在能源的利用过程中，能量会减少，能量守恒定律不成立
B．我们在利用能源时，能量会耗散，自然界可利用的能源会越来越少
C．与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性
D．自然界中发生的能量转化都是不可逆的，各种能量最终都会转化为内能
三、能源的分类与应用 能源与社会发展
1．能源的分类
(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的________能源。
(2)可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以________的能源。
2．能源的开发与应用
近年来，我国在能源开发方面取得了很大成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、________发电等。
3．能源与社会发展
(1)能源利用的三个时期：柴薪时期、________时期、________时期。
(2)能源是人类社会活动的________________________________________________。
4．煤炭和石油的燃烧对环境的危害
(1)燃烧时增加了大气中________________的含量，加剧了温室效应。
(2)因为煤炭和石油中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“________”。
(3)内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——________________。
5．能源的开发与环境的关系
(1)人类的生存与发展需要________，能源的开发与使用又会对环境______________。
(2)一方面要大力提倡________，另一方面要发展________能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的________能源。
例3 (多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此加剧了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
例4 风力是清洁能源，我国的风力发电技术已经走在世界的前列。如图所示为某公司独立研发并制造的风力发电机，单机设计功率为5 000 kW，叶片长度为64 m，已知空气的密度为1.29 kg/m3，如果该风力发电机利用风的动能转化为电能的效率约为20%，则该风力发电机正常工作时，风速值应接近( )
A．8 m/s B．10 m/s
C．15 m/s D．20 m/s