鲁科版高中物理必修第三册·第6章第1、2、3节（课件PPT）

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第 节 1-3能量的多种形式能量的转化与守恒珍惜大自然高中物理 必修第三册第6章一、能量的多种形式【思考】 如图所示是贵州第一胜景——黄果树大瀑布,中国第一大瀑布,也是世界上最阔大壮观的瀑布之一。瀑布中的水具有哪几种机械能?提示:瀑布中流动的水同时具有重力势能和动能。1.机械能:包括动能、_________、弹性势能。2.内能:一切物体都有内能,同一物体温度越高,具有的内能_____。3.电能:指电以各种形式_____的能力。4.光能:光具有的_____。5.化学能:储存在_____或燃料等物质中的能量。6.核能:物质的原子核结构_________而释放的能量。重力势能越大做功能量食物发生变化二、可再生能源与不可再生能源【情境思考】 如图所示是我国能源结构的统计图。请总结出我国能源结构或能源现状的规律,并提出解决这种现状的合理化建议。提示:我国的能源结构主要以煤为主;我国的能源消耗中,不可再生能源占据的比例过大,结构不合理;我国能源消耗中可再生能源的比例过小。建议:节能降耗;开发新能源;开发可再生能源(如太阳能、风能等)。1.能源的分类:(1)一次能源:直接取自自然界,_______加工转换的能源。(2)二次能源:由一次能源_____转化而成的能源。2.再生能源:在自然界_______再生的能源。3.不可再生能源:自然界中短期内_________的能源。4.光转化为能:光电转换、_________和光化学能转换。5.发电方式:风能发电、地热发电、___________、生物发电、核能发电、氢燃烧发电等。未经过加工可循环无法再生光热转换海洋能发电三、能量的转化与能量的守恒【情境思考】如图所示,下列运动中能量是如何转化的? 提示:瀑布中水的重力势能转化成动能;弓箭的弹性势能转化为动能;滑滑梯的小朋友的重力势能转化为动能。1.能量守恒定律:在一个孤立系统里,能量既不能凭空_____,也不能凭空_____,它只能从一种形式_____为其他形式,或者从一个物体_____到其他物体,在转化或转移的过程中,能量的总量_________。2.第一类永动机:不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。3.下列叙述正确的是_____①自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。②永动机不可能制成。③能量守恒过程,外力做功必为零。产生消失转化转移保持不变①②【易错辨析】(1)冬天烤火的时候,人们燃烧煤等燃料获得内能。 ( )(2)流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对外做功,因此都具有能量。 ( )(3)运转的发电机产生电能,它是一次能源。 ( )(4)风能、水能都是可再生能源。 ( )(5)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。 ( )(6)技术足够发达后,永动机就可以制成。 ( )√√×√√×四、自然过程的方向性思考：冬天未安装暖气的室内,我们可以用如图所示的电暖气进行取暖,那么热量是怎样传递的?能否反向进行? 提示:热量从较高温度的电暖气传向温度较低的房间,这个过程不可以反向进行。1.能量转化和转移的方向性:(1)在大多数自发情况下,能量最终都转化为_____,说明能量的转化具有_______。(2)内能总是_______从高温物体向低温物体转移,而不可能自动地、不引起任何变化地从_____物体向_____物体转移。2.第二类永动机:从单一热源中吸热使之_________有用功而不产生其他影响。3.自然过程的方向性:自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有_______的不可逆过程。机械能可以_____转化为内能;反过来,内能不可能_______、并不引起_________地完全转化为机械能。内能方向性自动地低温高温完全变成方向性完全自动地任何变化4.下列说法正确的是_____①内能可以转化为机械能。　②能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化和转移,但能量间的转化和转移没有方向。③热机的效率可以达到100%。④第二类永动机是做不成的。①④1.熵的定义:处于不同状态的物体,分子运动的____ __也不一样,为了描述这种差异,物理学中引入了熵。2.熵的作用:熵越高,就意味着系统越_____;熵越低,就意味着系统越_____。3.能量中熵的含义:熵增加就意味着_____能量的增加,_____能量的减少。无序程度无序有序无效有效五、熵与地球家园【易错辨析】(1)热传递过程具有方向性。 ( )(2)热量可以自发地从内能大的物体转移到内能小的物体。 ( )(3)内能可以自发地转化为机械能。 ( )(4)第二类永动机违背了能量守恒定律。 ( )(5)熵值越大代表着越有序。 ( )(6)孤立系统的总熵可能增大,也可能减小。 ( )√×××××知识点一　能源的类型与应用1.能源的分类:提醒:同一种能源按照不同的分类方式属于不同的类别。2.常规能源和新能源的转化途径:【问题探究】能源的开发和利用存在哪些有利与不利?提示:(1)有利方面:能源的利用给人类的生活带来了极大的改善,人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命,都与新的能源和动力机械的利用密切相关,能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。(2)不利方面:能源的大量使用会给环境带来极大的破坏,如大气污染、温室效应、酸雨等,对人类造成很大的危害。例1.(多选)下列关于能源的说法正确的是 (　　)A.一切能源是取之不尽,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影响比燃烧石油、煤炭大【解析】尽管能量守恒,但耗散的内能无法重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,选项A错误,B正确;常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大,选项C正确,D错误。BC知识点二　能量的转化与守恒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)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即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.能量转化或转移的判断: 3.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,能量的增加量等于能量的减少量。【问题探索】 近几年流行一种“自发电电动车”(如图所示),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?知识点三　自然过程的方向性1.关于方向性的理解:(1)机械能与内能转化的方向性: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。机械能转化为内能不需要特定的装置,而内能要转化为机械能却很复杂。 (2)热传递的方向性: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。2.对于“自发”的理解:(1)“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响,也就是指没有任何外界的影响或帮助。热量会从高温物体传向低温物体,这就是“自发”的方向。(2)机械能可以全部转化为内能,这个过程是“自发”的方向,但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化。3.热机的效率:任何热机都不可能把从高温热源吸收的热量全部用来对外做功,总要向低温热源放出一部分热量,因此热机的效率一定小于100%。【问题探究】夏天利用空调可以将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外,这与自然过程的方向性存在矛盾吗? 提示:不矛盾,空调制冷的过程中消耗一定的电能,并不是自发进行的,故不违背自然过程的方向性原理。例2.(多选)关于自然过程的方向性,下列说法中正确的是 (　　)A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化B.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中,而不引起其他变化D.不可能把热量从低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化【解析】热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不引起其他变化,A选项正确,B选项错误;热传递过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),故C选项错误,D选项正确。AD【误区警示】能量转移与转化中的几点注意事项(1)自发进行的能量转移和转化都具有方向性。(2)能量的转移与转化可以逆向进行,但不是自发,需要引起其他变化(外界辅助进行)。(3)热机的效率总要小于100%。知识点四　熵的含义1.熵的含义:(1)熵是反映系统无序程度的物理量,系统越混乱,无序程度越大,这个系统的熵就越大。(2)在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,如果过程可逆,则熵不变;如果过程不可逆,则熵增加。2.对熵增加的理解:熵值越大代表着越无序,所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。3.熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看,熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。4.熵的增加意味着无效能量的增加。【问题探究】交通与工业废气及噪声对环境的污染;工业和生活垃圾、废水对环境的污染;交通拥挤和堵塞造成的道路混乱。以上现象中的熵是怎么变化的?提示:熵增加。系统越混乱,无序程度越大,这个系统的熵就越大。例3. (多选)在下列叙述中,正确的是 (　　)A.熵是物体内分子运动无序程度的量度B.对孤立系统而言,一个自发的过程中熵总是向减少的方向进行C.熵值越大,表明系统内分子运动越无序D.能量耗散说明能量在不断减小【解析】熵是物体内分子运动无序程度的量度,系统内分子运动越无序,熵值越大,故A、C正确;对孤立系统而言,一个自发的过程中熵总是向增加的方向进行,故B错误;能量耗散是指能量的可利用率越来越低,但能量仍然是守恒的,故D错误。AC【规律方法 】熵的几点注意事项(1)熵是表示一个体系自由度的物理量。熵越大,表示在这个体系下的自由度越大,可能达到的状态越多。(2)熵不是守恒的量,在孤立系统中经过一个不可逆过程,熵总是增加的。(3)熵改变的过程中,能量必然是守恒的。(4)一个孤立系统的自然可逆过程中,总熵不变。练习1.(多选)关于热传递的方向性,下列说法正确的是 (　　)A.热量能自发地由高温物体传给低温物体B.热量能自发地由低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体D.热量一定不可能从低温物体传给高温物体AC2.下列哪些物理过程是可逆的 (　　)A.在一绝热容器内盛有液体,通过不停地搅动使液体的温度升高B.在一个传热的容器内盛有液体,容器放在一恒温的大水池内,不停地搅动液体,但液体的温度不变C.用一根不可伸长的细轻绳悬挂一个小球,上端固定,把小球拉离平衡位置由静止释放(不计阻力),小球会摆动D.在一绝热容器内,不同温度的气体进行混合C3.关于能量耗散,下列说法中正确的是 (　　)A.能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了B.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上越来越少D.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性D【解析】能量耗散的过程是能量向品质低的大气内能转变的过程,但是总的能量是守恒的,能量不能凭空产生,也不能凭空消失,故A、B错误;能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减少,但是在可利用的品质上降低了,故C错误;宏观自然过程自发进行时有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,故D正确。谢 谢！