5.3能量的转化与守恒－5.4能源与环境 学案－2021年粤教版（新教材）物理必修第三册

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1、第三节第三节 能量的转化与守恒能量的转化与守恒 第四节第四节 能源与环境能源与环境 学习目标 1.知道自然界各种形式的能量可以相互转化，知道能量转化(转移)的方向性.2.理解能量守恒定 律.3.知道能源的分类，知道能源的利用对环境的影响.4.知道环境污染的危害和环境保护的方式方法 一、各种各样的能量 能量的转化和转移 1各种各样的能量 能量形式 含义 示例 机械能 机械能是与物体的运动或位置高 度、形变相关的能量，可以表现为 动能，也可以表现为势能 行驶的汽车、被拉开的弓、声音等 内能 物质中分子的动能和势能总和 自然界的一切物质 电能 电能是与电有关的能量 工作中的发电机、电池等 电磁能 电

2、磁场所具有的能量 无线电波、可见光、紫外线、红外 线等 核能 通过核反应(裂变或聚变)由原子核 释放的能量 原子弹、氢弹等 化学能 发生化学变化时释放出来的能量 石油、煤、天然气等 2.能量的转化和转移 不同形式的能量可以相互转化： 水力发电水的机械能转化为电能 化学电池充电电能转化为化学能；化学电池使用化学能转化为电能 光合作用光能转化为化学能；木材燃烧化学能转化为光能和内能 二、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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别的 物体，在转化或转移的过程中其总量不变 三、能量转化(转移)的方向性 1热传导过程是有方向性的热量从高温物体

3、向低温物体的热传导过程能自发进行，而相反方向的过程不 能自发进行 2机械能全部转化为内能的过程能自发进行，而内能全部转化为机械能的过程不能自发进行 3在自然界的一切自发过程中，能量的转化(转移)都是有方向性的，但都遵守能量守恒定律 四、能源的分类 1可再生能源：能够在短期内重新形成的或循环利用的能源如太阳能、风能、水能、地热能等 2不可再生能源：短期内不可以再次得到、一旦利用了就很难或者不能再次得到的能源如煤炭、石油、 天然气等 五、能源与环境 1能源的利用对环境的影响 (1)对大气环境的影响： 能源开发利用排出的有害气体改变原有空气的组成，引起污染，造成全球气候变化化石燃料的开采、运 输、加

4、工、转换和利用都会污染大气环境 (2)对生态环境的影响 不合理开发利用能源造成生态环境破坏，随意砍伐森林、过度开采矿产造成生物多样性减少、水土流失以 及土地荒漠化 (3)对居住环境的影响 能源开发利用造成人类生存环境的恶化，如空气能见度低、引起酸雨、抑制植物生长、加剧温室效应等 2环境保护 在生产、生活中注意从以下方面保护环境： (1)防治生产和生活的污染 (2)防止建设和开发的破坏 (3)保护自然环境 判断下列说法的正误 (1)人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造( ) (2)由能量守恒定律知，能量是取之不尽用之不竭的，也不必要节约能源( ) (3)热量可以自发地由高温物体传向低

5、温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体( ) 一、能量守恒定律 导学探究 近几年流行一种“自发电电动车”(如图 1 所示)，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带 动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？ 图 1 答案 仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起 来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使 电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电 知识深化 1能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动

6、形式都有对应的能： 机械运动有机械能， 分子的热运动有内能， 还有诸如电磁辐射能、化学能、 核能等 (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧， 化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能 2能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等 3应用能量转化与守恒解题的步骤 (1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式 (2)分别列出减少的能量 E减和增加的能量

7、 E增的表达式 (3)依据 E减E增列式求解 如图 2 所示，一个粗细均匀的 U 形管内装有同种液体，液体质量为 m.在管口右端用盖板 A 密闭， 两边液面高度差为 h，U 形管内液体的总长度为 4h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用， 最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( ) 图 2 A. 1 16mgh B.1 8mgh C.1 4mgh D.1 2mgh 答案 A 解析 去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能 转化为内能如图所示， 最终状态可等效为右侧1 2h 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，

8、则 Q 1 8mg 1 2h 1 16mgh，故 A 正确 针对训练 1 (多选)下列对能量转化和守恒定律的认识正确的是( ) A某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的 D石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 答案 ABC 解析 根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然 有其他物体的能量增加，A、B 正确不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机，违反了能 量守恒定律，不可能制成，C 正确石子在运动和碰撞中机械能转化为了

9、石子本身及周围物体的内能，能量 并没有消失，故 D 错误 针对训练 2 瀑布从20 m高处以Q103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/s的速度流出，水轮机 再带动发电机发电如果水的机械能转化为电能的效率是 80%，那么发电机输出的电功率有多大？(瀑布在 山顶的速度可忽略不计，g 取10 m/s2，水的密度1.0103 kg/m3，结果保留三位有效数字) 答案 1.58105 kW 解析 根据能量的转化分析可得，瀑布竖直下落后减少的机械能为 mgh1 2mv 2，水的机械能转化为电能的 功 率 为 P W t mgh1 2mv 280% t Q ghv 2 2 80% 10

10、31.0103 10201 22 2 80% W1.58105 kW. 二、能量转化(转移)的方向性 (多选)根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是( ) A电流的电能不可能全部转化为内能 B在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D能量不能被创造或被消灭 答案 BCD 解析 电流具有热效应，电流的电能可能全部转化为内能，故 A 错误；在火力发电中，燃气的内能不可能 全部转化为电能，还有一部分内能损失了，故 B 正确；热机的效率不可能达到 100%，故 C 正确；根据能量 守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故 D 正确 针对训练 3

11、 (多选)下列过程中，可能实现的是( ) A水的温度下降时释放的内能全部转化为机械能 B利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能 C在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高 D静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来 答案 BC 三、能源与环境 1能源开发 人类社会要发展，能源是必不可少的资源，但现有的煤、石油、天然气等化石燃料都是远古时期储存的太 阳能，不可再生，不久的将来都要枯竭同时，大量使用这类燃料对环境的破坏非常严重，所以迫切需要 找到新的替代能源现有条件下，可供利用的新能源主要有地热能、太阳能、海

12、洋能、生物能等 2环境问题 (1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的主要原因是煤炭和石油的大量消 耗而产生的废气 (2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨 (多选)为了减缓大气中 CO2浓度的增加，可以采取的措施有( ) A禁止使用煤、石油和天然气 B开发使用核能、太阳能 C将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D植树造林 答案 BD 解析 能源利用与环境保护是相互制约的， 要尽量节约常规能源的使用， 大力开发新能源， 植树造林 选 B、 D. 某市有 20 万台空调机，每台空调机在夏季平均使用 60 天，每天耗电 8 k

13、W h.为了节约能源，该市 政府建议大家都把室内设定温度提高 1 ，这样每台空调机每天可节省 6%的电能那么这样做能使该市在 夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是 2.92107 J/kg，发电厂的发电效率是 30%.请计算一下，这项节能 建议的实现能在 1 年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字) 答案 2.11013 J 2.4103 t 解析 设可节省的电能为E，则E86%6020104 kW h5.76106 kW h2.11013 J， 设 1 年内节约的标准煤的质量为 m，则由能量守恒定律有 2.92107 J/kgm30%E， 解得 m2.4106 kg2.4103 t.

14、 1(能量的转化与守恒)(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是( ) A能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用 B各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于 利用的 D各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 答案 ABC 解析 根据能量守恒定律可知，不论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的由 能量耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境的内能，而我们无法把这些内能收集起 来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量

15、并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便 于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的，故选项 A、B、C 正确，D 错误 2(能源的开发利用)关于能源的利用，下列说法中不正确的是( ) A由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要 B能源的利用过程，实质上是能量的转化和转移过程 C现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能 答案 A 3(能源与环境)(多选)关于“温室效应”，下列说法中正确的是( ) 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二氧化

16、碳的含量，由此产生了“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 答案 BC 解析 “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量；它的 危害是使地面气温上升、 两极冰雪融化、 海平面上升、 淹没沿海城市、 海水河流倒灌、 耕地盐碱化等， 故 B、 C 正确 4(能源的开发利用)如图 3 所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能 灯工作若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为 0.3 m2，平均 1 小时得到的太阳能为 0.4106 J，太阳光 按平均一天照 8 小时计算，恰好可以供电子节能灯工作 10 小时问： 图 3 (1)太阳能节能灯的能量转化情况； (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？ (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？ 答案 (1)见解析 (2)370 W (3)10% 解析 (1)能量转化：太阳能电能热能(光能) (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率： PW St 0.4106 0.313 600 W370 W. (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率： W 输出 W总 100%9103 600 0.41068 100%10%.