2018-2019學年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第4節(jié) 能源與可持續(xù)發(fā)展學案 魯科版必修2

《2018-2019學年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第4節(jié) 能源與可持續(xù)發(fā)展學案 魯科版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第4節(jié) 能源與可持續(xù)發(fā)展學案 魯科版必修2（11頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第4節(jié)　能源與可持續(xù)發(fā)展 學習目標 核心提煉 1.了解能量轉化和轉移的方向性。 2.知道熱機的作用和效率。 3.了解能源的種類、開發(fā)及可持續(xù)發(fā)展。 4.知道節(jié)約能源和環(huán)境保護 3個概念——熱機、熱機的效率、能源 1個規(guī)律——能量轉化和轉移的方向性 一、能量轉化和轉移的方向性 閱讀教材第39頁“能量轉化和轉移的方向性”部分，了解能量轉化的方向性，知道熱機的效率不可能達到100%。 1.能量轉化和轉移的方向性 自然界實際進行的與熱現(xiàn)象有關的一切宏觀過程都是有方向性的不可逆的過程。 (1)機械能與內能間轉化的方向性：機械能可以完全轉化為內能，反過來，內能不可能自發(fā)地并不

2、引起任何變化地完全變?yōu)闄C械能。 (2)熱傳遞過程中的方向性：在熱傳遞的過程中，內能總是自動地從高溫物體向低溫物體轉移，而不能自動地從低溫物體向高溫物體轉移。 2.熱機 (1)熱機的作用是將內能轉換為機械能。有了熱機，人們才得以利用自然界蘊藏的豐富的內能來做功。 (2)熱機的效率不可能達到100%。但經過歷代科學家的努力，已經提高了許多。截止目前熱機的效率仍然大有潛力可挖。 (3)自然界實際進行的與熱現(xiàn)象有關的一切宏觀過程都是有方向性的不可逆過程。機械能可以完全轉化為內能；反過來，內能不可能自動地并不引起任何變化地完全轉化為機械能。 思維拓展 (1)熱量能否從低溫物體向高溫物體傳遞

3、？ (2)內能能否全部轉化為機械能？ 答案　(1)熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，只不過不能自發(fā)進行。 (2)內能可以全部轉化為機械能，只不過肯定要引起其他變化。 二、能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展 閱讀教材第41頁“能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展”部分，了解能源的種類及可持續(xù)發(fā)展。 1.在許多情況下，能源的利用過程是不可逆的。要珍惜現(xiàn)有的能源，提高能源的利用效率。 2.能源的種類：煤、電、石油、天然氣、水能、核能、風能等都是常用的能源。 3.隨著人們對社會發(fā)展、全球環(huán)境等問題認識的加深，可持續(xù)的能源生產和消費，已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。 4.人類社會可持續(xù)發(fā)展的意義：發(fā)展不僅是

4、滿足當代人的需要，還要考慮不損害后代的需要。保護人類賴以生存的自然環(huán)境和自然資源，已成為當今世界共同關心的全球性問題。 思維拓展 如圖1所示是我國能源結構的統(tǒng)計圖。請總結出我國能源結構或能源現(xiàn)狀的規(guī)律，并提出解決這種現(xiàn)狀的合理化建議。 圖1 答案　我國的能源結構主要以煤為主；我國的能源消耗中，不可再生能源占據的比例過大，結構不合理；我國能源消耗中可再生能源的比例過小。建議：節(jié)能降耗；開發(fā)新能源；開發(fā)可再生能源(如太陽能、風能等)。 　對能量轉化和轉移方向性的理解 [要點歸納] 1.能量轉化和轉移 2.熱現(xiàn)象：凡是與溫度有關的現(xiàn)象都被稱為熱現(xiàn)象。實際上，凡是與熱現(xiàn)象有

5、關的物理過程都具有方向性，是不可逆的。 3.對于“自發(fā)”的理解 (1)“自發(fā)”是指不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產生任何影響，也就是指沒有任何外界的影響或幫助。熱量會從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發(fā)”的方向。 (2)機械能可以全部轉化為內能，這個過程是“自發(fā)”的方向，但相反的過程不可能自發(fā)地進行而不引起任何變化。 [精典示例] [例1] 下列過程中，可能發(fā)生的是(　　) A.某工作物質從高溫熱源吸收20 kJ的熱量，全部轉化為機械能，而沒有引起其他變化 B.打開一高壓密閉容器，其內氣體自發(fā)逸出后又自發(fā)逸進去，恢復原狀 C.利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫

6、物體的溫度更高 D.將兩瓶不同液體互溶，然后又自發(fā)地各自分開 解析　某工作物質從高溫熱源吸收20 kJ的熱量，全部轉化為機械能，而沒有引起其他變化，這是不可能的，則A錯誤；能量傳遞具有方向性，則B、D錯誤；可以利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高，如空調，則C正確。 答案　C 利用能量轉化與轉移解題的思路方法 (1)能量既可通過做功的方式實現(xiàn)不同形式的能量之間的轉化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉移。 (2)自發(fā)進行的能量轉移和轉化都具有方向性。 (3)熱機的效率總小于100%。 (4)能量在轉化與轉移過程中，能量的總量保持不變，即遵循能量守恒定

7、律。 　能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展 [要點歸納] 1.人類與能源的關系 (1)有利方面：能源的利用給人類的生活帶來了極大的改善，人類社會每一次重大的經濟飛躍和生產革命，都與新的能源和動力機械的利用密切相關，能源消耗的多少已經成為一個國家和地區(qū)經濟發(fā)展水平的重要標志。 (2)不利方面：能源的大量使用會給環(huán)境帶來極大的破壞，如大氣污染、溫室效應、酸雨等，對人類造成很大的危害。 (3)可持續(xù)發(fā)展的三個發(fā)展方向 ①對常規(guī)能源合理有效地利用，保護環(huán)境與生態(tài)平衡。 ②開發(fā)新型清潔的能源和可再生能源。 ③積極研發(fā)節(jié)能的新技術，提高能源利用效率。 2.環(huán)境問題 (1)溫室效應：由于大氣中溫室氣

8、體(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而產生的廢氣。 (2)酸雨：大氣中的酸性物質，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨過程中溶入雨水，使其成為酸雨。 (3)光化學煙霧：氮氧化物和碳氫化合物在大氣中受到陽光中強烈的紫外線照射后產生的二次污染物質。 (4)浮塵：常規(guī)能源燃燒時會產生大量的浮塵。 3.能源的開發(fā)與利用 (1)能源的分類 ①從人類使用能源的先后將能源分為常規(guī)能源和新能源。 常規(guī)能源：煤、石油、天然氣等。 新能源：太陽能、沼氣、地熱能、核能等。 ②從能源的來源可分為不可再生能源和可再生能源。 不可再生能源：用完后在短期內不可能從自然界得到補充

9、的能源，如煤、石油、天然氣等。 可再生能源：取之不盡、用之不竭的能源，如風能、太陽能、水能等。 ③從對環(huán)境的污染情況可分為清潔能源和非清潔能源。 清潔能源：不污染環(huán)境的能源，如太陽能、風能、水能等。 非清潔能源：對人類環(huán)境造成污染的能源，如石油、煤等。 (2)常規(guī)能源與新能源的轉化途徑 [精典示例] [例2] (多選)能源短缺和環(huán)境惡化指的是(　　) A.煤炭和石油的開采與技術有關，在當前技術條件下，煤炭和石油的開采是有限度的，這叫能源短缺 B.煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲量將在百年內用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺 C.煤炭和石油具有

10、大量的氣味，在開采、存放和使用過程中，這些氣味會聚存在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化 D.大量煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣的成分，使環(huán)境惡化 解析　能源短缺是指能源的有限性，指煤炭和石油的儲量是有限的，若儲量無限，技術落后現(xiàn)階段開采不出來，將來總可以開采出來。因此，能源短缺的本意是B而不是A；環(huán)境惡化的本意是指空氣環(huán)境成分的變化，煤炭和石油在燃燒時與空氣中氧氣發(fā)生反應，改變了大氣成分，因此，對環(huán)境惡化的說法D正確而C錯誤。 答案　BD 1.(能量的轉化和轉移的方向性)(多選)下列說法中正確的是(　　) A.熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體而不能自發(fā)地

11、從低溫物體傳給高溫物體 B.內能不能轉化為動能 C.內能不能自發(fā)地轉化為動能 D.自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性 解析　內能可以轉化為動能，熱機就是這種情況，但不能自發(fā)地轉化，故B錯誤；由能量轉化和轉移的方向性可知，A、C、D正確。 答案　ACD 2.(能量的轉化和轉移的方向性)地球上有大量的海水，若使海水溫度降低0.1 ℃就能釋放出5.8×1023 J的熱量。有人設想用一熱機將海水放出的熱量完全轉化為機械能，但這種使內能轉化成機械能的機器是不能實現(xiàn)的，其原因是(　　) A.內能不能轉化成機械能 B.內能轉化成機械能不滿足能量守恒定律 C.只從單一熱源吸收熱量并完全轉

12、化成機械能而不引起其他變化的機器不滿足能量轉化和轉移的方向性 D.上述三種原因都不正確 解析　內能可以轉化成機械能，如熱機，A項錯誤；內能轉化成機械能的過程滿足能量守恒定律，B項錯誤；能量轉化和轉移的方向性告訴我們：熱機不可能把吸收的熱量全部轉化成機械能，而不引起其他變化，C項正確。 答案　C 3.(能源的開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展)(多選)關于能源的開發(fā)和利用，下列觀點正確的是(　　) A.能源是有限的，無節(jié)制地使用常規(guī)能源，是一種盲目的短期行為 B.根據能量守恒定律，能源是取之不盡、用之不竭的 C.能源的開發(fā)和利用，必須同時考慮其對生態(tài)環(huán)境的影響 D.不斷開發(fā)新能源，是緩解能源危機、

13、加強環(huán)境保護的重要途徑 解析　在能源的利用過程中，雖然能量的數量并未減少，但在可利用的品質上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了。所以，我們要節(jié)約能源，保護環(huán)境。 答案　ACD 4.(能源的開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展)“綠色、環(huán)保、低碳”是當今世界的關鍵詞，“低碳”要求我們節(jié)約及高效地利用能源。關于能源與能量，下列說法正確的是(　　) A.能量被使用后就消失了，所以要節(jié)約能源 B.自然界中石油、煤炭等能源可供人類長久使用 C.人類應多開發(fā)與利用風能、太陽能等新型能源 D.人類不斷地開發(fā)和利用新的能源，所以能量可以被創(chuàng)造 解析　能量守恒定律告訴我們，能量是不會減少的，煤炭、石油、天然氣等

14、化石能源使用后，化學能轉化為內能耗散了，雖然總能量沒有減小，但是可以利用的品質降低了，故依然要節(jié)約能源，故A錯誤；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故會不斷減少，故B錯誤；新能源是可以循環(huán)利用的，故人類應多開發(fā)與利用風能、太陽能等新型能源，故C正確；人類不斷地開發(fā)和利用新的能源，如風能、太陽能，本質上都來源于太陽，符合能量守恒定律，故D錯誤。 答案　C 基礎過關 1.(多選)根據能量轉化和轉移的方向性，下列判斷正確的是(　　) A.電流的電能不可能全部轉化為內能 B.在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部轉化為電能 C.熱機中，燃氣的內能不可能完全轉化為機械能 D.在熱

15、傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 解析　根據能量轉化和轉移的方向性可知，凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的電能可全部轉化為內能(由電流熱效應中的焦耳定律可知)，而內能不可能全部轉化為電能；機械能可全部轉化成內能，而內能不可能全部轉化成機械能；在熱傳導中熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項B、C、D正確。 答案　BCD 2.(多選)下列物理過程，哪些是可能發(fā)生的(　　) A.制冷系統(tǒng)能夠把冰箱里的熱量傳給外界溫度較高的空氣 B.一個在粗糙的水平地面上運動的物體最后要停下來，物體的動能可以全部轉化為內能 C.

16、理想的熱機因為沒有摩擦，也沒有漏氣，它的效率可以達到100% D.在兩個連通容器A、B內都充滿氣體以后，氣體會自發(fā)地從容器A流向容器B，使容器A內成為真空 解析　熱機的效率不可能達到100%，C錯誤，氣體在連通器內的流動是因為有壓力差，不是自發(fā)地，D錯誤。 答案　AB 3.下列說法正確的是(　　) A.隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的 B.太陽照射到地球上的光能轉化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了 C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的 D.有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產生

17、 解析　永動機是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對外做功的裝置，這種裝置違背了能量守恒定律，所以永動機是永遠不可能制成的，A錯誤；太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極少的一部分，使萬物生長，但輻射到宇宙空間的能量也沒有消失，而是轉化成了別的能量，B錯誤；馬和其他動物，包括人，要運動，必須消耗能量，C正確；所謂“全自動”手表，內部還是有能量轉化裝置的，一般是一個擺錘，當人戴著手表活動時，使擺錘不停擺動，給游絲彈簧補充能量，才會維持手表的運行，如果把這種手表放在桌面上靜置幾天，它一定會停止走動的，D錯誤。 答案　C 4.下列哪些物理過程是可逆的(　　) A.在一絕熱容器內盛有液體，通過不停地

18、攪動使液體的溫度升高 B.在一個傳熱的容器內盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內，不停地攪動液體，但液體的溫度不變 C.用一條不可伸長的細輕繩懸掛一個小球，上端固定，把小球拉離平衡位置由靜止釋放(不計阻力) D.在一絕熱容器內，不同溫度的氣體進行混合 解析　在A、B、D所述的三個過程中，都涉及到熱現(xiàn)象，即A中是“做功改變內能”，B中是“做功改變內能”及“熱傳導”，D中是“熱傳導”，所以過程都不可逆，對于C中的過程，只涉及動能與勢能的轉化，不涉及熱現(xiàn)象，故過程是可逆的。 答案　C 5.(多選)當今人類利用的新能源是(　　) A.電能 B.太陽能 C.化石燃料 D.核能 解析　

19、電能是二次能源，是由其他形式的能轉化而來，不是新能源?；剂鲜浅Ｒ?guī)能源，太陽能和核能是當今的新能源，故B、D正確。 答案　BD 6.對下列裝置和過程描述正確的是(　　) A.電動機是把電能全部轉化為機械能的裝置 B.熱機是將內能全部轉化為機械能的裝置 C.若將所有海水的溫度都降低1°C，就能獲得巨大的能量，我們可以通過這種途徑來獲得能量 D.雖然不同形式的能量可以相互轉化，但不可能將已轉化成內能的能量全部收集起來加以利用 答案　D 7.下列說法中正確的是(　　) A.從甲物體自發(fā)傳遞熱量給乙物體，說明甲物體的內能比乙物體多 B.熱機的效率從原理上講可達100% C.

20、因為能量守恒，所以“能源危機”是不可能的 D.以上說法均不正確 解析　自發(fā)熱傳遞的條件是存在溫度差，而不是內能的多少，故A錯誤；任何熱機都不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，所以任何熱機的效率都不可能達到100%，故B錯誤；由于能源的利用是不可逆的，煤炭、石油等都是不可再生的能源，故C錯誤。 答案　D 8.斜面高度是0.6 m，傾角是30°，質量是1 kg的物塊由頂端滑到底端。已知物塊與斜面間的動摩擦因數是0.5，取g＝10 m/s2，在這個過程中產生的熱量約為(　　) A.6 J B.5.2 J C.0.9 J D.11.1 J 解析　物塊克服

21、摩擦力做功而損失的能量要轉化為內能，且有Wf＝ΔE內。故ΔE內＝μmgcos α·s＝μmgcos α·2h≈5.2 J。 答案　B 9.我國居民有在房前種樹的習慣，夏天大樹長出茂密的葉子。為人們擋住炎炎烈日，冬天樹葉又會全部掉光，使溫暖的陽光進入屋內，可以起到冬暖夏涼的作用，被人們稱為天然空調。炎熱的夏天，我們在經過有樹的地方時，也會感到很明顯的涼意。關于樹木周圍比較涼爽的現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A.樹木把大部分太陽光反射出去，使地面溫度降低 B.樹木吸收太陽能，使自己溫度升高，周圍溫度降低 C.樹木吸收太陽能，將太陽光的能量轉化為化學能，使環(huán)境溫度降低 D.白天樹木將熱

22、量存起來，晚上再將熱量放出來，所以白天在樹木周圍感到涼爽而晚上感到熱 解析　樹木進行光合作用，將太陽能轉化成樹木生長所需的化學能，因此能使環(huán)境溫度降低，并不是將能量反射或使自己溫度升高，故C正確。 答案　C 能力提升 10.(2018·曲靖高一檢測)電動車所需能量由它所攜帶的蓄電池供給。如圖1所示為某類電動車與汽油車性能的比較。通常車用電動機的質量是汽油機的4倍或5倍。為促進電動車的推廣使用，在技術上主要對電動車的________、________等部件加以改進。給電動車蓄電池充電的能量實際上來自于發(fā)電站，一般發(fā)電站燃燒燃料所釋放出來的能量僅30%轉化為電能，在向用戶輸送及充電過程中又

23、損失了20%，這意味著使用電動車時能量轉化的總效率約為________%。 圖1 解析　從題圖中可以看出電動車每千克蓄能物質所儲存的能量和充一次電能行駛的距離均遠小于汽油車，因此應對蓄電池加以改進，另外電動車的效率也不是很高，所以也應對電動機進行改進。設發(fā)電站消耗的能量為E0，電動車輸出的機械能為E，由題意可知使用電動車時能量轉化的總效率 η＝×100%＝×100%＝16.8%。 答案　蓄電池　電動機　16.8 11.如圖2所示是利用潮汐發(fā)電的示意圖，左方為陸地和海灣，中間的水壩下有通道，水經通道可帶動發(fā)電機。一晝夜中兩次漲潮、兩次落潮，四次發(fā)電，漲潮時，水進入海灣，待內外水面高

24、度相同，堵住通道，如圖甲所示。潮落至最低時放水發(fā)電，如圖乙所示。待內外水面高度相同，再堵住通道，直至下次漲潮到最高點，又放水發(fā)電，如圖丙。設海灣平均面積為S＝5.0×108 m2，高潮與低潮間高度差為h＝3.0 m，求一天內水流的平均功率。(取g＝10 m/s2) 圖2 解析　潮汐發(fā)電其實質就是將海水的重力勢能轉化為電能。每次漲潮時流進海灣(落潮時流出海灣)的海水的質量為 m＝ρV＝ρSh＝1.0×103×5.0×108×3.0 kg＝1.5×1012 kg。 其重心的高度變化h′＝＝1.5 m。 一天內海水兩進兩出，故水流功率為 P＝＝ W≈1.0×109 W。 答案　1.

25、0×109 W 12.(2018·瀘州高一檢測)水庫上建筑一條攔河壩，利用水庫水位與攔河壩下游水位之間的落差，使水輪機轉動，可以帶動發(fā)電機發(fā)電。若水的重力勢能有60%轉化為電能，已知每分鐘5 000 t的水流量可以得到發(fā)電機的發(fā)電功率為4.9× 107 W，取g＝9.8 m/s2，水的比熱容c＝4.2×103 J/(kg·℃)。求： (1)水的落差是多少？ (2)如果水庫的水不通過水輪機，而是自由下落到攔河壩下游的水面上，且水的重力勢能全部轉化為水的內能，則水溫升高多少？ 解析　(1)由P＝＝，得h＝＝ m＝100 m。 (2)若重力勢能全部轉化為內能，則mgh＝cmΔt，Δt＝＝ ℃≈0.23 ℃。 答案　(1)100 m　(2)0.23 ℃ 11