高中物理 第4章4.4 能源与可持续发展课件 沪科版必修2

44能源与可持续发展能源与可持续发展核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练4.4课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.理解不同能量之间的转化，知道能源理解不同能量之间的转化，知道能源和能量耗散和能量耗散2通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义守恒定律的确切含义3理解能量的转化效率的概念并进行相关计算理解能量的转化效率的概念并进行相关计算4通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏，初通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏，初步认识科技给人类带来的负面效应，具有节能意识、步认识科技给人类带来的负面效应，具有节能意识、环保意识环保意识重点难点：重点：重点难点：重点：1.各种能量间的转化及能量守各种能量间的转化及能量守恒定律的理解恒定律的理解2利用能量转化效率公式分析解决实际问题利用能量转化效率公式分析解决实际问题难点：各种能量转化的分析及计算难点：各种能量转化的分析及计算课前自主学案课前自主学案一、分析小汽车行驶时能量的转化一、分析小汽车行驶时能量的转化汽车行驶要消耗燃料，汽车各部分消耗的能量都汽车行驶要消耗燃料，汽车各部分消耗的能量都是由燃油的是由燃油的_转化来的，具体情况如下：转化来的，具体情况如下：化学能化学能二、能量守恒定律的确立二、能量守恒定律的确立1被誉为能量守恒定律奠基者的有德国的被誉为能量守恒定律奠基者的有德国的_、英国的、英国的_和德国的和德国的_2能量之间的相互转化能量之间的相互转化自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有内能、电能、光能、化学能等，这械能外，还有内能、电能、光能、化学能等，这些能量间可以相互些能量间可以相互_，但总的能量，但总的能量_，即遵守即遵守_定律定律迈尔迈尔焦耳焦耳亥姆霍兹亥姆霍兹转化转化不变不变能的转化和守恒能的转化和守恒3能量守恒定律能量守恒定律能量既不能凭空能量既不能凭空_，也不能凭空，也不能凭空_，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量中其总量_三、研究能量的转化效率三、研究能量的转化效率1定义：转化为定义：转化为_的能量跟的能量跟_能能量的比值量的比值产生产生消失消失不变不变有用功有用功输入输入自发自发任何变化任何变化自发自发自发自发不可能不可能2表达式：能量的转化效率表达式：能量的转化效率_.四、能量转化和转移的方向性四、能量转化和转移的方向性1内容：机械能可以完全转化为内能，反过内容：机械能可以完全转化为内能，反过来，内能就不可能来，内能就不可能_地并且不引起地并且不引起_地完全转变为机械能；在热传递地完全转变为机械能；在热传递的过程中，内能总是能的过程中，内能总是能_地从高温物体向地从高温物体向低温物体转移，而不可能低温物体转移，而不可能_地从低温物体向地从低温物体向高温物体转移高温物体转移2意义：意义：发现了第二类永动机的发现了第二类永动机的_性；性；发现了各种自然现象转化的不可逆性发现了各种自然现象转化的不可逆性五、让天更蓝、水更清、地更绿五、让天更蓝、水更清、地更绿1能源能源(1)概念：能够提供可利用能量的物质，都可以称为概念：能够提供可利用能量的物质，都可以称为能源能源(2)分类：从人类开发能源的历史划分分类：从人类开发能源的历史划分常规能源：煤、石油、天然气等；常规能源：煤、石油、天然气等；新能源：核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等新能源：核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等从能否再生分类从能否再生分类可再生能源：水能、风能等；可再生能源：水能、风能等；不可再生能源：石油、煤等不可再生能源：石油、煤等2可持续发展可持续发展保护环境和自然资源保护环境和自然资源核心要点突破核心要点突破一、功和能量的转化关系一、功和能量的转化关系1功与能功与能(1)功是力在空间上的积累，是过程量功是力在空间上的积累，是过程量(2)能反映了物体能够对外做功的一种本领，与物体能反映了物体能够对外做功的一种本领，与物体所处的状态相对应，是状态量所处的状态相对应，是状态量2功与能量转化的关系功与能量转化的关系(简称功能关系简称功能关系)功能功能关系关系概述概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是各种形式的能量之间现的，做功的过程就是各种形式的能量之间转化转化(或转移或转移)的过程，且做了多少功，就有多的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化少能量发生转化(或转移或转移)(2)(2)功是能量转化的量度功是能量转化的量度功能功能关系关系实例实例(1)重力做功：重力势能和其他能相互转化；重力做功：重力势能和其他能相互转化；(2)弹力做功：弹性势能和其他能相互转化；弹力做功：弹性势能和其他能相互转化；(3)合外力做功：动能与其他形式能相互转化；合外力做功：动能与其他形式能相互转化；(4)除重力、系统内弹力外，其他力做的功：除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他形式能相互转化机械能与其他形式能相互转化.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1下列关于能量转化的说法中正确的是下列关于能量转化的说法中正确的是()A举重运动员把重物举起来，体内一部分化学举重运动员把重物举起来，体内一部分化学能转化成重物的机械能能转化成重物的机械能B电流通过电阻丝使电能转化为内能电流通过电阻丝使电能转化为内能C内燃机做功过程实现了燃料的化学能向内能内燃机做功过程实现了燃料的化学能向内能的转化的转化D水流冲击水轮机发电，水流的动能转化成电水流冲击水轮机发电，水流的动能转化成电能能解析：解析：选选ABD.物体被举高时，机械能增加，物体被举高时，机械能增加，增加的机械能由人体内化学能转化而来，增加的机械能由人体内化学能转化而来，A对；电流通过电阻丝时，根据焦耳定律，电对；电流通过电阻丝时，根据焦耳定律，电阻丝内能增加，是由电能转化而来，阻丝内能增加，是由电能转化而来，B对；对；内燃机中燃料燃烧，将化学能转化为内能，内燃机中燃料燃烧，将化学能转化为内能，再进一步转化为机械能，再进一步转化为机械能，C错；水力发电的错；水力发电的原理就是将水的动能转化成电能，原理就是将水的动能转化成电能，D对对二、正确理解能量守恒定律二、正确理解能量守恒定律1表达式：表达式：E初初E末末，E增增E减减2该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线是学习物理学的一条主线3要分清系统中有多少形式的能，发生了哪些要分清系统中有多少形式的能，发生了哪些转化和转移转化和转移4能量守恒定律的重要意义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、微能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界、微观世界、高速运动、低速运动等都成立观世界、高速运动、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，提能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，提醒人们自然科学是相互联系、相互统一的醒人们自然科学是相互联系、相互统一的(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据能量守恒定律是人类认识自然的重要依据20世纪世纪20年代，科学家们在研究年代，科学家们在研究衰变的过程中衰变的过程中发现能量不守恒，于是他们根据能量守恒定律大发现能量不守恒，于是他们根据能量守恒定律大胆地预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在胆地预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子这一事例说明了能量已被科学界公认的中微子这一事例说明了能量守恒定律已成为人类认识自然的重要依据守恒定律已成为人类认识自然的重要依据(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器能量守恒定律是人类利用自然的重要武器5用能量守恒定律解题的基本步骤用能量守恒定律解题的基本步骤(1)确定研究过程，分清有多少形式的能确定研究过程，分清有多少形式的能(如机械如机械能、内能、电能等能、内能、电能等)在变化在变化(2)分别列出减少的能量分别列出减少的能量E减减和增加的能量和增加的能量E增增的的表达式表达式(3)根据能量守恒定律列方程求解根据能量守恒定律列方程求解即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2下列说法正确的是下列说法正确的是()A随着科技的发展，永动机是可以制成的随着科技的发展，永动机是可以制成的B太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C“既要马儿跑，又让马儿不吃草既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的量转化和守恒定律，因而是不可能的D有种有种“全自动全自动”手表，不用上发条，也不用手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生凭空产生解析：解析：选选C.永动机是指不消耗或少消耗能量，永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了能量转化而可以大量对外做功的装置，违背了能量转化和守恒定律，和守恒定律，A错；太阳辐射大量的能量，地球错；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间的只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗错；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，能，C正确；所谓正确；所谓“全自动全自动”手表内部是有能量手表内部是有能量转化装置的，转化装置的，D错错三、对能量转化和转移的方向性理解三、对能量转化和转移的方向性理解1对方向性的理解对方向性的理解能量转化和守恒定律指各种形式的能量是可以相能量转化和守恒定律指各种形式的能量是可以相互转化的，并且在转化或转移过程中总和不变，互转化的，并且在转化或转移过程中总和不变，但实际上，能量的转化和转移也不是任意的，涉但实际上，能量的转化和转移也不是任意的，涉及内能的转化和转移都是有方向的，表现在：及内能的转化和转移都是有方向的，表现在：(1)机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化转化为机械能而不引起其他变化(2)内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移而不能自发地从低温物体向高温物体转移2对第二类永动机的认识对第二类永动机的认识第二类永动机是指机器能自发地从低温热源吸收第二类永动机是指机器能自发地从低温热源吸收内能，向高温热源释放高温热源将得到的能量内能，向高温热源释放高温热源将得到的能量通过另一台做功装置，对外做功，它虽然不违背通过另一台做功装置，对外做功，它虽然不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可逆性，即能量不能自发地从低温热源转移到高温逆性，即能量不能自发地从低温热源转移到高温热源，因此它也是不可能成功的热源，因此它也是不可能成功的即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3下列过程，可能发生的是下列过程，可能发生的是()A某工作物质从高温热源吸收的热量，全部转某工作物质从高温热源吸收的热量，全部转化为机械能，而没有其他任何影响化为机械能，而没有其他任何影响B打开一高压密闭容器，其中的气体自发溢出打开一高压密闭容器，其中的气体自发溢出后又自发缩回去，恢复原状后又自发缩回去，恢复原状C利用其他手段，使低温物体温度更低，使高利用其他手段，使低温物体温度更低，使高温物体温度更高温物体温度更高D将两瓶不同液体自发互溶，然后又自发地各将两瓶不同液体自发互溶，然后又自发地各自分开自分开解析：解析：选选C.机械能可以完全转化为内能，反过机械能可以完全转化为内能，反过来，内能却不能自发地、并不引起任何变化地来，内能却不能自发地、并不引起任何变化地全部变为机械能，选项全部变为机械能，选项A错误；在热传递过程错误；在热传递过程中，内能总是自发地从高温物体向低温物体转中，内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不可能自发地从低温物体向高温物体转移，而不可能自发地从低温物体向高温物体转移，但可以通过其他方式使内能从低温物体向移，但可以通过其他方式使内能从低温物体向高温物体转移，例如电冰箱，故选项高温物体转移，例如电冰箱，故选项C正确；正确；气体自发溢出和不同液体自发互溶是可以自发气体自发溢出和不同液体自发互溶是可以自发进行的，但其逆过程是不能自发进行的，选项进行的，但其逆过程是不能自发进行的，选项B、D错误错误课堂互动讲练课堂互动讲练功能关系的分析功能关系的分析(2010年高考山东卷年高考山东卷)如图如图431所示，倾角所示，倾角30的粗糙斜面固定在地面上，长为的粗糙斜面固定在地面上，长为l、质量、质量为为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平用细线将物块与软上，其上端与斜面顶端齐平用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面此时物块未到达地面)，在此过，在此过程中程中()图图431【答案答案】BD【方法总结方法总结】能量转化是与做功紧密地联系在能量转化是与做功紧密地联系在一起的力做功时，必然伴随着能量的转化，而一起的力做功时，必然伴随着能量的转化，而且功与能量转化的量值是相等的这一等量关系且功与能量转化的量值是相等的这一等量关系不仅提供了计算功的大小的另一种途径，而且涉不仅提供了计算功的大小的另一种途径，而且涉及功与能的其他物理量也可在这一等量关系中求及功与能的其他物理量也可在这一等量关系中求出出能的转化具有方向性能的转化具有方向性下列说法正确的是下列说法正确的是()A从甲物体自发地传递热量给乙物体，说明甲物从甲物体自发地传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多体的内能比乙物体多B热机的效率从原理上可大于热机的效率从原理上可大于100%C因为能量守恒，所以因为能量守恒，所以“能源危机能源危机”是不可能的是不可能的D以上说法均不正确以上说法均不正确【精讲精析精讲精析】自发地产生热传递的条件是必自发地产生热传递的条件是必须存在温度差，而不是内能差甲物体传递热须存在温度差，而不是内能差甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，故故A错误由热力学第二定律错误由热力学第二定律“不可能从单一不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化其他变化”可知，任何热机的机械效率都不可可知，任何热机的机械效率都不可能达到能达到100%，因此，因此B错关于错关于“能源危机能源危机”必必须清楚：须清楚：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等能源是提供能量的资源，如煤、石油等(2)人们在消耗能源时，放出能量，有的转化为内能，人们在消耗能源时，放出能量，有的转化为内能，有的转化为机械能等等但最终基本上都转化成有的转化为机械能等等但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用了内能，人们无法把这些内能收集起来再利用(能能量耗散量耗散)，而可供利用的能源是有限的，不可能再，而可供利用的能源是有限的，不可能再生生(或短时间内不可再生或短时间内不可再生)因此，因此，“能源危机能源危机”并非说明能量不守恒并非说明能量不守恒C错错【答案答案】D能量转化与守恒的应用能量转化与守恒的应用取一个横截面积是取一个横截面积是3 dm2的不高的圆筒，筒的不高的圆筒，筒内装水内装水0.6 kg，用来测量射到地面的太阳能在太，用来测量射到地面的太阳能在太阳光垂直照射阳光垂直照射2 min后，水的温度升高了后，水的温度升高了1 .(1)计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量钟获得的能量(2)已知射到大气顶层的太阳能只有已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，到达地面，另外另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，你能被大气吸收和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗？需要什么数据，由此估算出太阳辐射的功率吗？需要什么数据，自己去查找自己去查找【答案答案】(1)4.2 J/(cm2min)(2)4.51026 J/s【方法总结方法总结】一种形式的能量减少时，一定一种形式的能量减少时，一定有另外形式的能量增加，一个物体的能量减少有另外形式的能量增加，一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增加，不管能量如时，一定有其他物体的能量增加，不管能量如何转移和转化，能量的总和保持不变何转移和转化，能量的总和保持不变本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用