2019-2020年高中物理 第2章 能的轉化與守恒 第7講 能源與可持續(xù)發(fā)展學案 魯科版必修2目標定位1.知道能量轉化和轉移的方向性.2.認識提高能量轉化效率的重要性.3.了解能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展.4.了解能源對人類社會發(fā)展的重要意義，養(yǎng)成自覺節(jié)約能源的好習慣一、能量轉化和轉移的方向性 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_性的_的過程(1)機械能與內能間轉化的方向性：機械能_轉化為內能，反過來，內能不可能_地并不引起任何變化地_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_地從_物體向_物體轉移，而不能_地從_物體向_物體轉移2熱機的效率熱機是將內能轉化為_的裝置，它從高溫熱源吸收熱量，一部分用來做功，同時向低溫熱源放出熱量，它的效率_達到100%.二、能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展1在自然界中，除機械能外，常見的能量還有_、_、_、_等2常規(guī)能源主要有_、_、_等想一想效率為100%的發(fā)動機能被制造出來嗎？它是否違背能量守恒定律？一、對能量轉化和轉移方向性的理解1關于方向性的理解能量守恒定律指明各種形式的能量可以相互轉化，并且能量在轉化或轉移過程中總和不變但在許多情況下能量的轉化和轉移是不可逆的，具體表現(xiàn)在：(1)機械能與內能轉化的方向性機械能可以全部轉化為內能，但內能不可能自動地、并不引起任何變化地全部轉化為機械能機械能轉化為內能不需要專門的裝置，而內能要轉化為機械能必須通過熱機才能實現(xiàn)(2)熱傳遞的方向性(內能轉移的方向性)在熱傳遞過程中，熱量可以自動地從高溫物體向低溫物體轉移，但不能自動地從低溫物體向高溫物體轉移自然界中內能的轉移也具有方向性2熱機的效率及其工作方向性(1)效率：熱機是將內能轉化為機械能的裝置其效率，由于任何熱機都會有熱損失，所以熱機的效率一定小于100%.(2)方向性：卡諾指出：由高溫熱源吸收的熱量，只能有一部分用于做功，其余的要向低溫熱源放出因此，熱機的效率不可能達到100%.開爾文指出：自然界中凡是與熱現(xiàn)象有關的一切宏觀過程都是具有方向性的不可逆的過程特別提醒(1)自然界的總能量不變，但利用能量時是有方向性的(2)熱機的效率的提高仍然大有潛力可挖例1下列過程可能發(fā)生的是()A自發(fā)地將排放在空氣中的高溫廢氣的內能收集起來，使其全部轉化為汽車運動的機械能B將濃度為50%的酒精水溶液自發(fā)地分開成水和酒精C利用其他手段使內能從低溫物體轉移到高溫物體D利用攪拌的方法使液體的溫度升高，內能增大針對訓練1下列過程中，可能實現(xiàn)的是()A水的溫度自動下降時釋放的內能全部轉化為機械能B利用不同深度的海水溫度不同制造一種機器，把海水的內能轉化為機械能C粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉化為內能，使物體溫度升高D靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時釋放的內能可以轉化為物體的動能，使物體運動起來二、能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展1能源開發(fā)：人類社會要發(fā)展，能源是必不可少的資源，但現(xiàn)有的煤、石油、天然氣等化石燃料都是遠古時期儲存的太陽能，不可再生，不久的將來都要枯竭同時，大量使用這類燃料對環(huán)境的破壞性非常大，所以迫切需要找到新的替代能源在現(xiàn)有條件下，可供利用的新能源主要有地熱能、太陽能、海洋能、生物能等2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(jīng)濟飛躍和生產(chǎn)革命，都與新能源和動力機械的利用密切相關，能源消耗的多少已經(jīng)成為一個國家和地區(qū)經(jīng)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：對常規(guī)能源合理有效地利用，保護環(huán)境與生態(tài)平衡開發(fā)清潔的新能源和可再生能源積極研發(fā)節(jié)能的新技術，提高能源利用效率例2關于能源的利用，下列說法中正確的是()A由于我國煤和石油的儲量十分豐富，所以太陽能和核能的開發(fā)并不十分重要B能源的利用過程，實質上是能的轉化和傳遞過程C現(xiàn)在人類社會使用的能源主要是煤、石油和天然氣D煤、石油和天然氣的化學能在利用中不會對環(huán)境造成污染針對訓練2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(chǎn)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)境惡化能量的轉化和轉移的方向性1下列說法中錯誤的是()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2地球上有大量的海水，若使海水溫度降低0.1 就能釋放出5.81023 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能源的開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展3關于能源的開發(fā)和利用，下列觀點不正確的是()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(jù)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、加強環(huán)境保護的重要途徑4某地平均風速為5 m/s，已知空氣密度是1.2 kg/m3，有一風車，它的風葉轉動時可形成半徑為12 m的圓面如果這個風車能將圓面內10%的氣流動能轉變?yōu)殡娔?，則該風車帶動的發(fā)電機功率是多大？(計算結果保留兩位有效數(shù)字)答案精析第7講能源與可持續(xù)發(fā)展預習導學一、1.方向不可逆(1)可以完全自發(fā)完全(2)自動高溫低溫自動低溫高溫2機械能不可能二、1.內能電能化學能核能2煤石油天然氣想一想效率為100%的發(fā)動機不能被制造出來，因為它雖然不違背能量守恒定律，但它違背了能量的轉化和轉移具有方向性的規(guī)律課堂講義例1CD根據(jù)能量轉化與轉移的方向性可知，內能不可能自發(fā)地全部轉化為機械能而不引起其他變化所以高溫廢氣的內能不可能自發(fā)地全部轉化為汽車的機械能，故A選項錯；濃度為50%的酒精水溶液不可能自發(fā)地分開成為水和酒精，故B選項錯誤；內能不可能自發(fā)地從低溫物體轉移到高溫物體，若采用其他手段(如提供電能)可以使過程可逆，故C選項正確；改變物體內能有兩種方式：一是對物體做功；二是熱傳遞所以攪拌對液體做功時可以改變液體內能，使其溫度升高，內能增加，故D選項正確針對訓練1BC例2BC我國的煤和石油盡管儲量豐富，但終究有限，且利用后不能再生，所以開發(fā)和利用新能源，特別是核能和太陽能是解決能源問題的出路故A錯誤；目前人類使用的能源主要仍是煤、石油和天然氣燃料燃燒時，將化學能轉化為內能，內能又可轉化為機械能和電能人類在生產(chǎn)和生活中需要各種形式的能，我們可以根據(jù)需要把能源所含的能量轉化成多種形式，以供利用，所以能源的利用過程，實質上是能的轉化和傳遞的過程，故B、C正確；煤、石油和天然氣是由古代的動植物的遺體在長期地質變遷中形成的在利用這些能源時會產(chǎn)生大量的二氧化碳和甲烷，易產(chǎn)生溫室效應對環(huán)境造成污染，D選項錯誤針對訓練2BD對點練習1B2.C3.B43.4 kW解析在t時間內作用于風車的氣流質量mr2vt這些氣流的動能為mv2，轉變成的電能Emv210%所以風車帶動發(fā)電機的功率為Pr2v310%代入數(shù)據(jù)得P3.4 kW.