資源簡介

高二物理必修三12.4《能源與可持續發展》導學案
學習目標：1.掌握能量守恒定律的內容，理解能量守恒定律的適用范圍.
2.了解什么是能源耗散和品質降低，認識能量轉移或轉化的方向性.
3.認識當前環境問題，增強環境保護和可持續發展的意識．
學習過程：
機械能守恒是解決動力學問題中的常用方法，條件是不計阻力，但是在考慮阻力時，我們仍然可以利用△E=Q進行計算，即能量是守恒的。
一、能量守恒定律
能量既不會憑空 ，也不會憑空 ，它只能從一種形式 為其他形式，或者從一個物體 到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量 ．
例1：行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生電流．上述不同現象所包含的相同物理過程是( )
A．物體機械能守恒 B．物體的動能轉化為其他形式的能量
C．物體的勢能轉化為其他形式的能量 D．物體的機械能轉化為其他形式的能量
內能、機械能等可以轉化為電能，電能可以轉化為光能、內能、機械能……既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么還要節約能源呢？
把剛剛煮熟的熱雞蛋拿出來放在冷水中，雞蛋的溫度 ，水的溫度 ，最終雞蛋和水的溫度會 ，這一過程是自發的；達到溫度相同后，雞蛋和水都不能自發地變回到原來的溫度，這一例子說明，與熱現象有關的宏觀自然過程是 ，雖然能量守恒，能量轉化的過程中有些可以自然發生，有些則不能。
二、能量轉移或轉化的方向性
一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是 的．熱量能自發地從高溫物體轉移到低溫物體，說明了熱傳遞的 ．
能量的耗散：其他形式的能轉化為內能后不能再重復利用，這種現象叫作能量的 ．能量的耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有 ．
例2：熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象。所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把散失的能量重新收集、加以利用。下列關于能量耗散的說法中正確的是（　　）
A．能量耗散說明能量不守恒
B．由于能量的轉化過程符合能量守恒定律，所以不會發生能源危機
C．能量耗散過程中能量不守恒
D．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中涉及熱運動的宏觀過程具有方向性
正是由于能量的耗散現象，人類面臨著能源危機，要解決這個問題，我們首先要對能源有正確的認識。
三、能源的分類與應用
能源的分類一：
（1）不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作______能源．化石能源無法在短時間內再生，所以這類能源叫作不可再生能源。
（2）可再生能源：水能、風能、潮汐能等能源，歸根結底來源于 能。這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
能源的分類二：
能源可分為一次能源和二次能源。直接取之于自然界，未經人類加工轉換的能源稱為一次能源，如煤、石油、天然氣、水能、風能、太陽能、生物能、海洋能等。從一次能源直接或間接轉化而來的能源稱為二次能源，如電能、氫能、焦炭等
例3：關于能源的開發和應用，下列說法中不正確的是（　　）
A．能源應用的過程就是內能完全轉化為機械能的過程
B．化石能源的能量歸根結底來自于太陽能
C．在廣大的農村推廣沼氣前景廣闊、意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節約能源
D．隨著科學技術的發展，煤炭資源將逐步被其他清潔能源所取代
四、能源與社會發展
1.人類對能源的利用大致經歷了 、 和 三個時期。
2.可持續發展的核心是追求 與 、 的平衡，既滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的需要。
例4：風能是清潔能源，是未來能源的重要發展方向，全球可利用的風能為2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍，我國風能資源總儲量約1.6×105 MW 。2012年7月4日裝機容量達到2 240萬千瓦的三峽水電站，已成為全世界最大的水力發電站和清潔能源生產基地。下列說法正確的是（　　）:
A．風力發電是把風的內能轉化為電能
B．我國風能資源總儲量約為7個三峽水電站的裝機容量
C．風力發電過程違反能量守恒定律
D．水能和風能都是清潔能源且都是不可再生能源
課后作業：
1、下列關于能量守恒定律的認識錯誤的是（　　）
A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加
B．石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了
C．不需要任何外界的動力而持續對外做功的機械——永動機不可能制成
D．某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
2、熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象。所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用。下列關于能量耗散的說法中正確的是（　　）
A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉化過程中總量減少了
B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數量上并未減少，但在可利用的品質上降低了
C．能量耗散表明，能量守恒定律具有一不定期的局限性
D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量轉化的宏觀過程可以有任意的方向性
3、光伏發電是利用太陽能的技術之一，它利用太陽能電池板，將照射在其上的太陽能轉化為電能。農村居民院落或屋頂的光伏發電裝置除滿足居民家庭用電，還可向電網供電獲得收益。太陽光垂直照射地面，在每平方米的面積上，平均每分鐘能得到8.4×104J的太陽能量，如果我們能利用太陽能的10%，那么在面積為50 m2的屋頂上可以利用的太陽能的功率最大為（　　）
A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW
4、如圖所示，甲、乙兩金屬球完全相同，若將兩球從相同的初溫加熱到相同的末溫，且不計懸線和支持面的吸熱，依據能量守恒的觀點可判斷（　　）
A．甲球吸熱較多 B．乙球吸熱較多
C．兩球吸熱一樣多 D．無法比較哪只球吸熱較多
5、在研究性學習的過程中，同學們提出了以下四個活動方案，哪些從理論上講是可行的 (　　)
A．制作一個內能回收器，將散失在周圍環境中的內能全部收回再利用
B．發明一種不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器—永動機
C．汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴重污染了空氣，想辦法使它們自發地分離，既清潔了空氣，又變廢為寶
D．將房屋頂蓋上太陽能板，可直接用太陽能來解決照明和熱水問題
6、一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊,并從中穿出。對于這一過程,下列說法正確的是 (　　)
A.子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能
B.子彈和木塊組成的系統機械能的損失量等于系統產生的熱量
C.子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內能之和
D.子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈增加的內能之和
7、在最近幾年的空調市場上出現了一個新寵——變頻空調,據專家介紹變頻空調比定頻空調要節能,因為定頻空調開機時就等同于汽車啟動時,很耗能,是正常運行的5~7倍。定頻空調在工作時達到設定溫度就停機,等溫度高了再繼續啟動,這樣的頻繁啟動,耗電多。變頻空調啟動時有一個由低到高的過程,而運行過程是通過自動變速來保持室內溫度,從開機到關機中間不停機,所以比較省電。根據上述介紹,判斷以下說法中合理的是 (　　)
A.變頻空調節能,運行中不遵守能量守恒定律
B.變頻空調運行中做功少,轉化能量多
C.變頻空調在同樣工作條件下運行效率高,省電
D.變頻空調與定頻空調做同樣多的功時,消耗的電能不一樣多
8、借助冬奧會的推廣，中國正在大力發展冬季運動。一位運動員在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區”保持同一姿態下滑了一段距離，重力和阻力對他做功的情況如圖所示。該運動員在此過程中（　　）
A．動能增加了1800J B．重力勢能減小了1600J
C．內能增加了2000J D．機械能減小了200J
9、如圖所示，光滑斜面體ABC固定在水平面上，底角θ=37°，頂角∠B=90°，物塊a和長木板b分別放在斜面BC和AB上，細線繞過固定在斜面頂點的輕質光滑定滑輪，兩端分別與物塊a和長木板b相連，將物塊a鎖定，滑輪兩側的細線分別與兩側的斜面平行，長木板b的質量為m，物塊a質量為2m，解除物塊a的鎖定，同時將質量為0.5m的物塊c輕放在長木板的上端，物塊c始終保持靜止，重力加速度為g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，則下列判斷正確的是（　　）
A．物塊c與長木板b間的動摩擦因數為0.6
B．物塊a運動的加速度為m/s
C．物塊a機械能的減小量大于長木板b機械能的增加量
D．物塊a機械能的減小量等于長木板b機械能的增加量
10、如圖甲所示，一物塊從足夠長的固定粗糙斜面底端以某一速度沖上斜面。從初始位置起物塊動能Ek隨位移x的變化關系如圖乙所示。已知物塊質量為2 kg，斜面傾角為37°，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取重力加速度g＝10 m/s2。下列說法正確的是 (　　)
A．物塊上升的最大高度為5 m
B．物塊與斜面間的動摩擦因數為0.5
C．整個上滑過程物塊機械能減少了100 J
D．整個上滑過程物塊重力勢能增加了100 J
11、潮汐能是海水周期性漲落運動中所具有的能量，是一種可再生能源。現建立一個簡化模型，某發電站大壩內儲水水庫的有效面積為S=4×106m2，漲潮時，當大壩外側海平面高度為h=4m時（以海水流入前的水庫水面為參考系），打開大壩下面通道的閘門海水流入，此過程中通道處的水輪機利用水流的動能發電，直至大壩內外水面等高，關閉閘門。等到完全退潮后，開閘放水，再次發電，直至大壩內外水面再次相同，關閉閘門，等待下一次漲潮發電（此時的水庫水面高度即為漲潮前的水庫水面高度）。由于海洋很大，大壩外的海平面高度在海水流入、流出水庫過程中幾乎不變，潮水一天漲落兩次，海水的勢能有25%轉化為電能，則這個發電站一天的發電量約為（　　）
A．4×1010J B．1.5×1010J C．3×1011J D．1.5×1011J
12、某地有一風力發電機，它的葉片轉動時可形成半徑為20m的圓面。某時間內該地區的風向恰好跟葉片轉動的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2kg/m3，假如這個風力發電機能將此圓內空氣動能的10%轉化為電能，若該風力發電機的發電功率約為1.63×104W，則該地區的風速約為（　　）
A．10m/s B．8m/s C．6m/s D．4m/s
13、如圖所示是一種太陽能草坪節能燈，太陽能電池板供一只“10 V　9 W”的電子節能燈工作．若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3 m2，平均1小時得到的太陽能為0.4×106 J，太陽光按平均一天照8小時計算，恰好可以供電子節能燈工作10小時．問：
(1)太陽能節能燈的能量轉化情況；
(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率為多少？
(3)太陽能節能燈利用太陽能的效率大約是多少？
14、如圖所示,質量為m的小物體A以水平速度v0從左側沖上質量為M、長為l置于光滑水平面C上的木板B,剛好不從木板上掉下,已知A、B間的動摩擦因數為μ,此時木板對地位移為x,重力加速度為g。在這一過程中,求:
(1)木板增加的動能;
(2)小物體減少的動能;
(3)系統產生的內能。
參考答案
1、 B 2、B 3、A 4、B 5、D 6、B
7、C 8、D 9、B 10、B 11、C 12、C
13、 (1)太陽能轉化為電能，轉化為化學能，轉化為電能，轉化為光能和內能　(2)370 W　(3)10%
14、 (1)μmgx (2)μmg(x+l) (3)μmgl

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