第十二章電能能量守恒定律4.能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)1.列舉各種實(shí)例,說明能量是如何轉(zhuǎn)化的,解釋能量守恒定律的含義。(物理觀念)2.通過實(shí)例分析能量耗散,認(rèn)識(shí)自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性。(科學(xué)思維)3.收集資料,討論能源的開發(fā)和利用所帶來的環(huán)境問題,認(rèn)識(shí)環(huán)境污染的危害,具有環(huán)境保護(hù)的意識(shí)和行動(dòng)。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)4.了解太陽(yáng)能、水能、核能和風(fēng)能等能源的開發(fā)利用,知道利用能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的必要條件之一。知道人類利用的能源來自可再生能源和不可再生能源,認(rèn)識(shí)合理使用能源的必要性,具有可持續(xù)發(fā)展觀念,養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、能量守恒定律與能量轉(zhuǎn)化方向1.能量守恒定律:能量既不會(huì)憑空

,也不會(huì)憑空

,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的

保持不變。

2.能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性(1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是

的。

(2)能量的耗散:其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后很難再重復(fù)利用,這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。

(3)能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有______

性。不違背能量守恒定律

產(chǎn)生

消失總量不可逆方向二、能源的分類與應(yīng)用1.能源的分類(1)不可再生能源:煤炭、

和

等能源又叫作化石能源,化石能源無法在短時(shí)間內(nèi)再生,所以這類能源被叫作不可再生能源。(2)可再生能源:水能和

等能源,歸根結(jié)底來源于太陽(yáng)能,這些能源在自然界可以再生,叫作可再生能源。

2.能源的開發(fā)與應(yīng)用近年來,我國(guó)在能源開發(fā)方面取得了很大的成就。如太陽(yáng)能發(fā)電、水利發(fā)電、

發(fā)電、

發(fā)電。石油

天然氣風(fēng)能風(fēng)能核能三、能源與社會(huì)發(fā)展1.人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期,即柴薪時(shí)期、

_________、________。

自工業(yè)革命以來,

和

成為人類的主要能源。3.可持續(xù)發(fā)展(1)可持續(xù)發(fā)展的核心是追求發(fā)展與

、環(huán)境的平衡:2.

和過度使用化石能源帶來的

已成為關(guān)系到人

求,又不損害子孫后代的需求。

類的主要能源。

既滿足當(dāng)代人的

(2)需要做好兩方面:①要大力提倡

;②要發(fā)展

能源以及天然

氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染程度低_____

煤炭時(shí)期

石油時(shí)期

煤

石油

能源短缺

環(huán)境惡化

資源

節(jié)能可再生

清潔

能

源,推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)文明。

情境鏈接

通過教科書、圖書館、網(wǎng)絡(luò)等途徑,就以下問題,提出你的看法。1.既然能量是守恒的,為什么我們還要節(jié)約能源?2.水力發(fā)電有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?提示:在能源的利用過程中,能量的數(shù)量未減少,但能源的品質(zhì)降低了,從便于利用的能源變成不便于利用的能源,因此,我們還要節(jié)約能源。提示:優(yōu)點(diǎn):發(fā)電量多、價(jià)格實(shí)惠和可再生性。缺點(diǎn):建設(shè)周期長(zhǎng)、污染風(fēng)險(xiǎn)高、保障技術(shù)發(fā)展復(fù)雜等。教材拓展閱讀教材第93頁(yè)

“能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性”,能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化是自然界中普遍存在的現(xiàn)象,請(qǐng)你再舉一例。提示:將紅墨水滴入杯中的清水中,混合均勻后,不可能發(fā)生紅墨水與清水自動(dòng)分離變成原來的狀態(tài)的現(xiàn)象。易錯(cuò)辨析(1)由能量守恒定律知,能量是取之不盡、用之不竭的,不用節(jié)約能源。(

)

(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體,也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。(

)

(3)能量的耗散就是能量的總量在減少。(

)

提示:能量的耗散表明,在能源的利用過程中,能量在數(shù)量上雖未減少,但在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的能源變成不便于利用的能源。所以自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源。提示:熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體,但是不可以自發(fā)地、不引起任何變化地從低溫物體傳向高溫物體。提示:能量的耗散是指在能源的利用過程中,能量的數(shù)量未減少,但從便于利用的能源變成不便于利用的能源。

×

×

×

(4)大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化,故提倡開發(fā)利用新能源。

(

)

(5)煤炭、石油和天然氣屬于不可再生能源。

(

)

(6)能量不能創(chuàng)造,不能再生,能量只能進(jìn)行轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,但能量間的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性。

(

)

√√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一對(duì)能量守恒定律的理解導(dǎo)學(xué)探究有人發(fā)明了一種“自發(fā)電電動(dòng)車”(如圖所示),基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處,車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動(dòng)車,你認(rèn)為僅靠這種方式,電動(dòng)車能持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去嗎?提示:僅靠這種方式,不能使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。因?yàn)榭窟@種方式,只能將電動(dòng)車的一部分能量收集起來,但電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力不斷把電動(dòng)車的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律,要想使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去,必須給電動(dòng)車補(bǔ)充新的能量。知識(shí)歸納1.能量守恒定律的重要意義(1)能量守恒定律是普遍適用的,對(duì)宏觀世界與微觀世界、高速運(yùn)動(dòng)與低速運(yùn)動(dòng)等都成立。(2)能量守恒定律反映了自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系,對(duì)人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然起著重要的指導(dǎo)作用。(3)能量守恒定律徹底否定了第一類永動(dòng)機(jī)的存在,即不需要任何動(dòng)力和燃料,卻能不斷對(duì)外做功的機(jī)械是不可能存在的。2.表達(dá)式(1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。(2)ΔE增=ΔE減,能量的增加量等于能量的減少量。典例剖析【例1】風(fēng)能是一種很好的再生能源,而且對(duì)環(huán)境的污染較小,近年來我國(guó)在西北地區(qū)建立了許多風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)力發(fā)電的情形如圖所示。已知:空氣的密度為ρ,風(fēng)輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度為r,若風(fēng)速為v0,每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電功率為P,風(fēng)能就是空氣定向流動(dòng)的動(dòng)能,通過風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)一周掃過面積的最大風(fēng)能為可利用風(fēng)能。求此過程中:(1)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得的可利用風(fēng)能的功率表達(dá)式;(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能的效率表達(dá)式。

解析:(1)由能量守恒定律可知12mv02=P總t①而m=πr2v0tρ②把②代入①解得P總=12πr2ρv03。

教你析題

讀取題干獲取信息若風(fēng)速為v0,…,風(fēng)能就是空氣定向流動(dòng)的動(dòng)能動(dòng)能Ek=,即為風(fēng)能空氣的密度為ρ,風(fēng)輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度為r,…,通過風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)一周掃過面積的最大風(fēng)能為可利用風(fēng)能t時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)輪機(jī)的空氣位于底面積為πr2、高為v0t的“圓柱體”內(nèi),空氣的質(zhì)量為m=ρV每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電功率為P利用風(fēng)能的效率η=教你破題方法技巧

利用能量守恒定律解題的基本思路1.分清研究系統(tǒng)在確定的運(yùn)動(dòng)變化過程中有哪幾種形式的能(如機(jī)械能、內(nèi)能、電能等)在變化。2.分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。3.列等式ΔE減=ΔE增求解。對(duì)點(diǎn)演練1.瀑布從20m高處以1×103m3/s的流量豎直落下,流進(jìn)底部的水輪機(jī)后再以2m/s的速度流出,水輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。如果水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率是80%,那么發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率有多大?(瀑布在山頂?shù)乃俣瓤珊雎圆挥?jì),g取10m/s2,水的密度為1×103kg/m3)答案

:1.584×108

W

P=

×0.8=1.584×108

W。

探究點(diǎn)二能源和可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)學(xué)探究說明下列能源利用方式中的能量轉(zhuǎn)化過程是怎樣的?(1)水力發(fā)電;(2)電動(dòng)水泵抽水;提示:水力發(fā)電是將水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

提示:電動(dòng)水泵抽水是將電能轉(zhuǎn)化為水的機(jī)械能。

(3)柴油機(jī)牽引列車前進(jìn);(4)火箭發(fā)射人造衛(wèi)星。

提示:柴油機(jī)牽引列車前進(jìn)是將柴油的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,再轉(zhuǎn)化為列車的機(jī)械能。

提示:火箭發(fā)射人造衛(wèi)星是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星的機(jī)械能。

知識(shí)歸納1.對(duì)“能量耗散和品質(zhì)降低”

的理解(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,流散到周圍的環(huán)境中,分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大,它也只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn),卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。(2)從可被利用的價(jià)值來看,內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等,是一種低品質(zhì)的能量。由此可知,能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少,卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低,實(shí)際上是將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式。(3)能量耗散導(dǎo)致可利用能源減少,所以要節(jié)約能源。2.能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源。(1)不可再生能源:無法在短時(shí)間內(nèi)再生,例如煤、石油、天然氣。(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿取?.能源的開發(fā)與利用關(guān)系圖

典例剖析【例2】(多選)下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是(

)A.能量耗散使能的總量減少,違背了能量守恒定律B.能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難再被人類利用C.各種形式的能量都可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)降低BCD解析:能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品質(zhì)降低,A錯(cuò)誤,D正確;耗散的內(nèi)能很難再被利用,B正確;各種形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C正確。

方法技巧

能量耗散不僅遵循能量守恒定律,而且從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程具有方向性。對(duì)點(diǎn)演練2.(多選)下面關(guān)于能源的說法正確的是(

)A.一切能源都是取之不盡、用之不竭的B.能源是有限的,特別是常規(guī)能源,如煤、石油、天然氣等C.大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化,故提倡開發(fā)利用新能源D.核能的利用對(duì)環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大BC

解析:盡管能量守恒,但耗散的內(nèi)能很難重新收集利用,所以能源是有限的,特別是常規(guī)能源,A錯(cuò)誤,B正確;常規(guī)能源的利用比核能等新能源的利用對(duì)環(huán)境的影響大,C正確,D錯(cuò)誤。

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.(能量耗散和能量轉(zhuǎn)移)下列說法正確的是(

)A.能量耗散說明能量在不斷減少B.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C.熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體D.在火力發(fā)電機(jī)中,燃?xì)獾膬?nèi)能會(huì)全部轉(zhuǎn)化為電能B解析:能量耗散是指能量的可利用率越來越低,由于能量守恒,故能量不會(huì)減少,A錯(cuò)誤;與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程有其方向性,能量耗散就是從能量的角度反映了這種方向性,B正確;能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體,但可以借助其他辦法實(shí)現(xiàn),C錯(cuò)誤;火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí),能量轉(zhuǎn)化的過程為化學(xué)能—內(nèi)能—機(jī)械能—電能,因?yàn)閮?nèi)能—機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對(duì)外放出熱量,故燃?xì)獾膬?nèi)能不會(huì)全部變?yōu)殡娔?D錯(cuò)誤。2.(能源的可持續(xù)發(fā)展)水電站的發(fā)電原理圖如圖所示,則下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.水力發(fā)電不會(huì)造成污染B.該裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C.要加大發(fā)電的功率,可采用僅“增大水位落差”的方法D.該裝置可以將水庫(kù)中儲(chǔ)存的水的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能D

3.(能源的分類和利用)某種新型“風(fēng)光互