能源与可持续发展课件-高二上学期物理人教版(2019)必修第三册

学习任务二 ： 能量的分类与应用
3.可再生能源： 水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能
源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
学习任务二： 能量的分类与应用
4.我国能源发展概况
(1)太阳能发电 太阳能的利用对环境的影响很小，通过太阳能电池将太 阳能直接转转化为电能，目前我国是最大的光伏产品制造国
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他 形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总 量保持不变。 这个规律叫作能量守恒定律（law of energy conservation）。
学习任务一 ： 能量转移或转化的方向性
把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度 相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低， 而鸡蛋的温度上升？
则单位时间内转化成的电能即发电功率为 P E mgh 0.2107 9.8100W=1.96109 W
(2)三口之家一月大约用电200度，所以一个百万人口的城市一个月用电大约
E0
106 3
200 103
3600J=2.41014 J
一个月三峡发电站发出的总电能为 E Pt=1.96109 30 243600J=5.081015J
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2．生活中的许多用品都可以看作能量转化器，它们把能量从一种形式转化为另一种形式。 请观察你家中的各种生活用品，分别指出它们工作时进行了哪些能量转化。
【详解】电饭煲主要将电能转化为内能，洗衣机主要将电能转化为动能，微波炉主要将电 能转化为微波的能量，电烤箱主要将电能转化为内能，等等。
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(2)水力发电：水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式。 水电对环境的影响比火电小，发电成本低。
学习任务二 ： 能量的分类与应用
（3）风能发电：我国风力资源丰富，尤其是西北、华北、华东、西南地区。风 力发电装机容量居全球第一。 （4）核能发电：核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释放出的能量。核电站 就是利用可控核裂变来发电的。
阳能的 20% 可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？
【详解】这个热水器一天内最多能利用的太阳能为
E E0 S t 20% 7103J / m2?s 2m2 43600s 20% 4.032107 J
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6．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为 100m ，水的 流量约为 1.35104 m3 /s。船只通航需要约3500m3 /s 的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具 有方向性。
学习任务二： 能量的分类与应用
1.能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。
2.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，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间 内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。
(1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？ (2)根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少 个百万人口城市的生活用电？
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【详解】(1)单位时间内用来发电的水的质量是 m V (13500 3500)103kg 107 kg
(2)工程师的设计意图是：车到站要停车，车此时有很大动能，若刹车就会把车的动能转化 成内能，若车利用上坡，就把车的动能转化成重力势能储存起来；车出站由静止开始运动， 需要电能启动，若车利用下坡，则可以把重力势能转化成动能，便于启动，也节省了电能， 起到节能的作用。
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4．某地区的风速为14m/s ，空气的密度为 1.3kg/m3 。若使风力发电机转动的风通过的 截面积为 400m2，且风能的 20% 可转化为电能，则发电功率是多少？
【详解】在时间t内，风的质量为 m V vtS
风能为 E 1 mv2 2
电功率为 P E 1Sv3
t2 解得 P 1.43105 W
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5．图是架在顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量
E0 为 7103J/ m2 s 。一台热水器的聚热面积为 2m2 若每天相当于太阳直射热水器 4h ，太
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第十二章 电能 能量守恒定律
第4节 能源与可持续发展
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我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械 能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？
能量守恒定律
机械能守恒定律告诉我们，做机械运动的物体具有动能和势能，相互之间可以转化，在电路中， 电能将其他形式的能转化为电能，负载又将电能转化为内能、机械能等
可以满足城市数目为
n
E
5.081015
20
个
E0 2.41014
3．图是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时
要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出 2m，列车在途中轨道进站前的速度
为 29.2km/h 。 (1)此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？ 取。 (2)你认为工程师这样设计的意图是什么？
学习任务一： 能量转移或转化的方向性
实际上在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但 这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。
便于利用的能量
不便于利用的能量
电能→内能和光能
最后耗 散在环 境中
学习任务一： 能量转移或转化的方向性
能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量守恒,但在可利用的品质上降低了，从 便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源 的根本原因。
【详解】能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，但自然界中有的能量便于利用，有 的能量不便于利用。流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦与挤 压，使磨盘、粮食的温度升高，水流的一部分机械能转化为内能。这些内能耗散到周围的环境中。 我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散，所以我们还 要节约能源。
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【详解】：(1)选地面是重力势能的参考平面，由机械能守恒定律有 mgh 1 mv2
2
解得
h v2 2g
8.112
m 3.29m
2 10
因为h＇=3.29m>2m，列车能冲上站台；设列车到达站台上的速度是v＇由机械能守恒定
律有
1 mv2 mgh 1 mv2
2
2
v v2 2gh 8.112 210 2 m s 5.07 m s
学习任务三： 能源与社会发展
1.能源是人类社会活动的物质基础
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。到了20世纪50年 代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。
学习任务三： 能源与社会发展
2.环境问题
(1)温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石 油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。 (2)酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨 水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。 (3)光化学烟雾:氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二 次污染物质―――光化学烟雾。
学习任务二 ： 能量的分类与应用
一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。同样质量的化学 燃料与核燃料相比，如果都进行了完全反应，核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释 放出的能量。可控制的裂变反应所释放出的能量，可以很好地被人们所利用。核电站就是 利用可控核裂变来发电的。我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站— —华龙一号，其安全指标和技术性能已达到国际最先进的三代水平。我国的核能发电技术 已居于世界领先地位。
这样的过程并不违反能量守恒定律，但是这样的过程并不存在
学习任务一： 能量转移或转化的方向性
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即一切与热现象有关的 宏观过程都有方向性。 ①能量的转移具有方向性:如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但 不能自发地从低温物体传给高温物体。 ②能量的转化具有方向性:如机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不 能自发地且不能完全转化为机械能。
两极冰雪融化，海平面上升
工业排放的废气
城市机动车尾气污染
STSE 汽车与能源
一辆行驶的小汽车，燃料燃 烧产生的内能有370/0通过发动 机散热系统排出，370/0直接由 排气管排出，只有260/0变为发 动机输出的机械能。
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1．有人说：“既然能量不会凭空产生，也不会凭空消灭，能量在转化和转移的过程中，其总量 是保持不变的，那么，我们为什么还要节约能源？”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约 能源的必要性。