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高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展背景图ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展背景图ppt课件，共26页。PPT课件主要包含了能源与可持续发展，目标体系构建，素养目标，课前预习反馈，知识点1，不可逆，知识点2，知识点3，太阳能，知识点4等内容，欢迎下载使用。
【课程标准】1．知道能量守恒定律的具体内容。2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。
能量守恒定律能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，能量的总量保持________。
能量转移或转化的方向性1．能量转化的方向性科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的。2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新_______的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有______性。3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未________，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
能源的分类与应用1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫________能源。2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于__________的这些能源。3．我国能源的开发：太阳能发电、________发电、风能发电、________发电。
能源与社会发展1．人类对能源的利用经历的三个时期：________时期、煤炭时期、石油时期。2．能源的开发和利用对环境造成的影响：(1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了________效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。
(2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化________。(3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学________。燃烧时产生的________也是主要的污染物。
『判一判』(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。( )(2)石油、天然气都属于新能源。( )(3)能量耗散不遵循能量守恒定律。( )(4)能量耗散会导致能量品质的降低。( )
(5)为了可持续发展，必须节约能源。( )(6)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。( )(7)能量耗散现象反映了在一些特殊过程中能量并不守恒，从而导致能源不可再生。( )
『选一选』(2022·上海闵行高二期末)下列过程中属于机械能转化为电能的是( )A．水力发电B．火力发电C．核能发电D．太阳能发电解析：水力发电是机械能转化为电能，A正确；火力发电是化学能转化为电能，B错误；核能发电是核能转化为电能，C错误；太阳能发电是光能转化为电能，D错误。
『想一想』如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。
如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。
能量守恒定律的理解和应用
提示：蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光。
1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(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．能量转化和转移的方向性能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性。(1)机械能和内能转化过程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。无论何种热机，都不可能百分之百地把内能变成机械能，而不产生其它影响，即热机的效率一定小于100%。(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。
3．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，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。
4．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ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
如图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小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(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大约是多少？(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%
1．(2022·全国高二课时练习)电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是( )A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒C．电能全部转化为内能，内能守恒D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
解析：因为电动机的外壳就会变得烫手，说明有少量一部分电能转化成了内能，故A错误；电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确；在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，故内能不守恒，故C错误；因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是，能的总量守恒，故D错误。
如图所示是我国最大的山坡光伏发电站——河北曲阳光伏发电站。太阳能是一种具有良好开发前景的新能源，与常规能源相比它具有哪些优点？
能源的利用与可持续发展
提示：光伏发电过程简单，没有机械传动部件，不消耗燃料，无噪音、无污染，太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。
1．能源开发和利用的关系图
3．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。
(2)做好环境保护工作目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。
(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径答案：ACD
思路引导：虽然能量是守恒的，但能源会越来越少，所以要节约能源。常规能源的储量有限，且存在环境污染问题，必须开发新能源。解析：能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必须加强对环境的保护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
2．(2022·广西崇左市江州区高级中学高一开学考试)有关能源与可持续发展，下列正确的是( )A．因为能量在转化过程中是守恒的，所以是不会有能源危机的B．电能是广泛使用的一次能源C．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
解析：能源在转化过程中虽然守恒，但并不是所有的能源都能够被人类所利用，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，A错误；电能不能从自然界直接获取，是二次能源，B错误；核电站是通过核裂变来发电的，C错误；以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，D正确。
能量耗散和品质降低1．能量耗散(1)燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。这样的现象叫能量耗散。(2)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2．能量品质的降低能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的D．能量耗散导致能量品质降低答案：BCD
解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确。故选B、C、D。
1．(2022·全国高二专题练习)能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是( )A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用B．不同形式的能量之间可以相互转化C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机D．能量可以被消灭，也可以被创生
解析：能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的；应节约能源，故AC错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误。
2．(2022·湖南高二期中)2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展，以下说法正确的是( )
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化学能源可以改善空气质量B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
解析：改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，A正确；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。
3．(2022·武汉市新洲一中6月线上联考)如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为6.0×108m2，平均最高水位与最低水位差为4.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为______________(ρ海水＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)，结果保留一位有效数字。
1.1×105 kW
【课程标准】1．知道能量守恒定律的具体内容。2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。
能量守恒定律能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，能量的总量保持________。
能量转移或转化的方向性1．能量转化的方向性科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的。2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新_______的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有______性。3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未________，但在可利用的品质上________了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
能源的分类与应用1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫________能源。2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于__________的这些能源。3．我国能源的开发：太阳能发电、________发电、风能发电、________发电。
能源与社会发展1．人类对能源的利用经历的三个时期：________时期、煤炭时期、石油时期。2．能源的开发和利用对环境造成的影响：(1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了________效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。
(2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化________。(3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学________。燃烧时产生的________也是主要的污染物。
『判一判』(1)能量在转移或转化过程中总量是保持不变的。( )(2)石油、天然气都属于新能源。( )(3)能量耗散不遵循能量守恒定律。( )(4)能量耗散会导致能量品质的降低。( )
(5)为了可持续发展，必须节约能源。( )(6)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。( )(7)能量耗散现象反映了在一些特殊过程中能量并不守恒，从而导致能源不可再生。( )
『选一选』(2022·上海闵行高二期末)下列过程中属于机械能转化为电能的是( )A．水力发电B．火力发电C．核能发电D．太阳能发电解析：水力发电是机械能转化为电能，A正确；火力发电是化学能转化为电能，B错误；核能发电是核能转化为电能，C错误；太阳能发电是光能转化为电能，D错误。
『想一想』如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。
如图是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的。
能量守恒定律的理解和应用
提示：蒸汽机将蒸汽的内能转化为蒸汽轮机的机械能，蒸汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能使小灯泡发光。
1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(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．能量转化和转移的方向性能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性。(1)机械能和内能转化过程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。无论何种热机，都不可能百分之百地把内能变成机械能，而不产生其它影响，即热机的效率一定小于100%。(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。
3．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，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。
4．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ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
如图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小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(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大约是多少？(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%
1．(2022·全国高二课时练习)电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是( )A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒C．电能全部转化为内能，内能守恒D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
解析：因为电动机的外壳就会变得烫手，说明有少量一部分电能转化成了内能，故A错误；电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确；在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，故内能不守恒，故C错误；因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是，能的总量守恒，故D错误。
如图所示是我国最大的山坡光伏发电站——河北曲阳光伏发电站。太阳能是一种具有良好开发前景的新能源，与常规能源相比它具有哪些优点？
能源的利用与可持续发展
提示：光伏发电过程简单，没有机械传动部件，不消耗燃料，无噪音、无污染，太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。
1．能源开发和利用的关系图
3．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。
(2)做好环境保护工作目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。
(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径答案：ACD
思路引导：虽然能量是守恒的，但能源会越来越少，所以要节约能源。常规能源的储量有限，且存在环境污染问题，必须开发新能源。解析：能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必须加强对环境的保护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
2．(2022·广西崇左市江州区高级中学高一开学考试)有关能源与可持续发展，下列正确的是( )A．因为能量在转化过程中是守恒的，所以是不会有能源危机的B．电能是广泛使用的一次能源C．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
解析：能源在转化过程中虽然守恒，但并不是所有的能源都能够被人类所利用，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，A错误；电能不能从自然界直接获取，是二次能源，B错误；核电站是通过核裂变来发电的，C错误；以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，D正确。
能量耗散和品质降低1．能量耗散(1)燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。这样的现象叫能量耗散。(2)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2．能量品质的降低能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的D．能量耗散导致能量品质降低答案：BCD
解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确。故选B、C、D。
1．(2022·全国高二专题练习)能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是( )A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用B．不同形式的能量之间可以相互转化C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机D．能量可以被消灭，也可以被创生
解析：能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的；应节约能源，故AC错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误。
2．(2022·湖南高二期中)2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展，以下说法正确的是( )
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化学能源可以改善空气质量B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
解析：改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，A正确；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。
3．(2022·武汉市新洲一中6月线上联考)如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为6.0×108m2，平均最高水位与最低水位差为4.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为______________(ρ海水＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)，结果保留一位有效数字。
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