鲁科版高中物理必修2：能源与可持续发展_课件1(3)

(2)开发绿色新能源 ①常规能源的大量使用带来的环境问题： 温室效应 、 酸雨 、光化学烟雾、浮尘． ②为维持人类社会的可持续发展，应该注意研究和开发 新的能源，优先开发的绿色新能源包括：核能、 风能 、 太阳能 、 水能 、地热能、生物质能、海洋能等． (3)实现可持续发展 人类社会可持续发展的意义：发展不仅是满足当代人的 需要，更应考虑不损害后代人的需要．
1．关于方向性的理解 能量守恒定律指明各种形式的能量可以相互转化，并且 在转化或转移过程中总和不变．但是能量的转化和转移并不 是任意的，而是具有方向性的，具体表现在： (1)热传递的方向性：在热传递过程中，内能总是自发地 从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地从低温物体向 高温物体转移． (2)机械能与内能转化的方向性：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．
易错选项
错误原因
A项
认为物体间传递热量的条件是物体的内能 不相等
B项
没有认识到低温热源存在的必然性，认为 没有摩擦时，热机的效率就是100%
C项
没有认识到能量转移、转化的方向性，也 就是能量的耗散性
1．(多选)当今人类利用的新能源是( )
A．电能
B．太阳能
C．化石燃料
D．核能
【解析】 电能是二次能源，由其他形式的能转化而来，
1．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这个过程 中( )
A．汽车的机械能守恒 B．汽车的动能和势能相互转化 C．机械能转化为内能，总能量守恒 D．机械能和内能之间没有转化
【解析】 汽车关闭发动机后，匀速下滑，汽车与地面 摩擦生热、温度升高．有部分机械能转化为内能，机械能减 小(动能不变，重力势能减小)，但总能量守恒，故 A、B、D 错误，C 正确．
【提示】 效率是 100%的发动机不能被制造出来，因 为它虽然不违背能量守恒定律，但它违背了能量的转化和转 移具有方向性的规律.
能源开发与可持续发展
1.基本知识 (1)珍惜利用常规能源 能量的利用过程是不可逆的，自然界中的常规能源(如 煤炭 、 石油 、天然气等)的储量是有限的，并且是不可再 生的，因此我们要珍惜现有的能源，尽量提高能源的利用效率．
能源与可持续发展
教师用书独具演示
●课标要求 1．知道能量转化和转移的方向性． 2．了解能源开发与可持续发展．
●课标解读 1．认识提高能量转化效率的重要性． 2．了解能源对人类社会发展的重要意义，养成自觉节约 能源的好习惯． ●教学地位 本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是生产生活 的基础，人人都应节约能源.
【解析】 自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利 用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量 转化具有方向性，不能被创造．
【答案】 B
易错案例警示——对能量转化和转移 的方向性认识不清导致错误
下列说法中正确的是 ( ) A．从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内 能比乙物体多 B．热机的效率从原理上讲可达 100% C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的 D．以上说法均不正确
【答案】 D
能量转化和能量转移是有方向性的．虽然在转化和转移 时能量总量保持不变，但由于方向性的制约，从而使能源的 利用受到制约，使能源的利用有条件限制，因此我们要节约 能源，同时积极研究和开发利用新能源，如核能、太阳能．
2．关于能量和能源，下列说法正确的是( ) A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但 能量品质降低了 C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被 创造
图 2－4－1
【提示】 (1)我国的能源结构主要以煤为主；我国的能 源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国 能源消耗中可再生能源的比例过小．
(2)建议：节能降耗；开发新能源；开发可再生能源等.
正确理解能量转化和转移的方向性
【问题导思】 1．热量能否从低温物体向高温物体传递？ 2．内能能否全部转化为机械能？ 3．若忽略摩擦、漏气与机体的热量损失，热机的效率能 否达到 100%?
(3)热机：将内能转化为 机械能 的装置．
2．思考判断 (1)自然界中实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都 是有方向性的、不可逆的过程．(√) (2)随着科技发展，热机的效率可达 100%.(×)
3．探究交流 现在热机的最高效率一般为 30%～40%，随着技术的发 展，效率是 100%的发动机能否被造出来？它是否违背能量 守恒定律？
2．可持续发展 (1)对常规能源合理有效的利用，保护环境与生态平衡． (2)开发新型清洁的新能源和可再生能源． (3)积极研发节能的新技术提高能源利用效率．
3．常规能源与新能源的转化途径
二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球 表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大 气升温．大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的 热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳 的这种效应叫温室效应．这是目前科学界对地球气候变暖进 行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法不能成立的是 ()
2．思考判断 (1)能量守恒是自然界中普遍适用的规律，不需节约能 源．(×) (2)将煤做燃料供暖改进为用天然气做燃料供暖彻底实 现了环境保护．(×)
3．探究交流 如图 2－4－1 所示，是我国能源结构的统计图，根据此 图的数据，请你完成下列各题．(1)总结出我国能源结构或现 状的规律．(2)提出解决这种现状的合理化建议．
能量转化和转移的方向性
1.基本知识 (1)机械能与内能间转化的方向性
机械能可以完全转化为 内能，反过来， 内能 不可能 自动 地、并不引起任何变化地完全变为机械能．
(2)热传递过程的方向性
在热传递的过程中，内能总是自动地从 高温 物体向 低温 物体转移，而不可能自动地从 低温 物体向 高温 物体
转移．
温物体 【解析】 根据热传导过程中能量转移的方向性，D 项
错误；根据内能与机械能之间转化的方向性，B、C 项正确； 电能可以全部转变为内能，A 项正确．
【答案】 D
3．(多选)利用能源的过程实质上是( ) A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量转化和转移的过程 D．能量转化和转移并且耗散的过程 【解析】 利用能源的过程实质上是能量转化和转移的 过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A、B 错误，C、 D 正确． 【答案】 CD
4．(多选)能源短缺和环境恶化指的是( ) A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下， 煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速 度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这 叫做能源短缺 C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用 过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染 了空气，改变了大气的成分，使环境恶化
A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧 化碳，当时地球的温度很高
B．经过漫长的年代，地壳的岩石和二氧化碳发生化学 反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命
C在升高
D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的 急剧增加，是电能和其他形式的能转化为内能
不是新能源．化石燃料是常规能源，太阳能和核能是当今人
类利用的新能源，故 B、D 正确．
【答案】 BD
2．根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是
() A．电流的电能可以全部转变为内能 B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 C．热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能 D．在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低
• ●教学流程设计
演示结束
课标解读
1.知道能量转化和转移的方向 性． 2.认识提高能量转化效率的重要 性． 3.了解能源开发与可持续发展． 4.了解能源对人类社会发展的重 要意义，养成自觉节约能源的好 习惯.
重点难点
1.能量转化的效率 及方向性．(重点) 2.能量可持续发展 的重要性．(重点) 3.自然界中热现象 的宏观过程的方向 性．(难点)
【审题指导】 机械能自发的转化为内能，内能却不能 自发的转化为机械能．
【解析】 内能可以转化为机械能，如热机．故 A 错．内 能转化成机械能的过程满足能量守恒定律．故 B 错．不可能 从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化．故 C 对，D 错．
【答案】 C
自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都具有方向 性，内能与机械能的转化也具有方向性，且整体遵守能量守 恒定律．
不要认为只要满足能量守恒定律一切转化和转移都能实 现，而不需要外界条件或不产生其他影响．
地球上有大量的海水，若使海水温度降低 0.1 ℃ 就能释放出 5.8×1023 J 的热量．有人设想一热机将海水放出 的热量完全转化为机械能，这种使内能转化成机械能的机器 是不能实现的，其原因是( )
A．内能不能转化成机械能 B．内能转化成机械能不满足能量守恒定律 C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引 起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性 D．上述三种原因都不正确
【答案】 C
能源与人类的发展
【问题导思】 1．我们为什么要节约能源，过低碳生活？ 2．为什么要发展新能源？了解新能源有哪些优势？
1．人类与能源的关系 (1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改 善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的 能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为 一个国家和地区经济发展水平的重要标志． (2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏 作用．如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的 危害．
教师提问：请你再将刚刚举的几个能量转化的例子分析 一下看是不是最终都成为内能呢？
那散发出去的内能能不能自动全部聚集起来重新被利用 呢？
学生活动：思考并回答问题，那是不可能的． 模式二 前面学习了能量转化与守恒定律，我们知道能量不会 “无中生有”地产生，那么汽车行驶所需要的能量是从何而 来？多少有用？又流向何方呢？
2．热机的效率 (1)定义：热机所做的功 W 与燃料完全燃烧时放出的热量 Q1 的比值，即 η＝QW1. (2)任何热机都不能把燃料完全燃烧时放出的热量 Q1 全 部用来对外做功，总要向低温热源放出一部分热量 Q2，所以 任何热机的效率都小于 100%. 3．热现象 它是与温度有关的现象，在自然界中凡是与热现象有关 的一切宏观过程都是有方向的，不可逆的．
●新课导入建议 模式一 教师活动：提出问题，我们已学习了多种形式的能，请 同学们说出你所知道的能量形式．我们还知道不同的能量之 间是可以相互转化的，请你举几个能量转化的例子． 学生活动：思考并回答问题，列举实例． 教师提问：大家再思考你们刚才列举的实例中，能量最 终都成为什么形式的能量了呢？ 学生活动：思考并回答问题，最终都成为内能．
【正确解答】 自发热传递的条件是温度差，而不是内 能的多少，故 A 错；任何热机都不可能从单一热源吸收热量 并把它全部用来做功，而不引起其他变化，所以任何热机的 效率都不可能达到 100%，故 B 错；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 错，D 正确．
【答案】 D
【易错分析】 本题易错选项及错误原因分析如下：
【审题指导】 本题的观点是二氧化碳的温室效应，分 析在变化过程中是否产生大量的二氧化碳气体．
【解析】 由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，这 是必然的现象，进而导致当时的地球气温很高，A 正确；由 于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧 化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成 土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，B 正确； 由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致 二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，C 正确；生活用电和工业用电是电能向其他形式能的转化，会 产生热，但不是温室效应，D 错．故选 D.