4.6 能源的开发与利用 课件 高中物理二【配套课件】

②能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系．
③能量守恒定律是人类认识自然的重要依据．
1933 年意大利科学家费米，在研究 β衰变的过程中发现，能 量不守恒，于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未 发现的粒子，这就是现在已被科学家公认的中微子．这一事 例说明了能量守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据．
6 能源的开发与利用
1．知道自然界中存在多种形式的能量．
2．能举例说明能源与人类生存和社会发展的关系，让学生
了解能源对社会、经济发展的影响． 3．通过新能源和常规燃料对比，了解新能源的优点．
一、能量守恒定律 消失 内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从 转化 为另一种形式，或者从一个物体转移 到另一 一种形式 产生 个物体．在转化或转移的过程中其总量保持不变 ．
有害排放物较容易，也已有了相关技术．
燃料电池汽车 燃料电池汽车是指以氢气、
甲醇等为燃料，通过化学反应
产生电流，依靠电机驱动的汽 车．其电池的能量是通过氢气 和氧气的化学作用，而不是经 图4－6－2
过燃烧直接变成电能．燃料电池的化学反应过程不会产生有
害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量
转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保 护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆．
氢动力汽车
以氢气为汽车燃料这种说法
刚出来时吓人一跳，但事实上是 有根据的．氢具有很高的能量密 度，释放的能量足以使汽车发动 图4－6－3 机运转，而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，
没有污染．因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池
历史上，科学家们一直在研究各种不同的自然现象之间能量
变化的普遍联系，其中包括力与热、电与热、电与磁等联 亥姆霍兹 系．直到1847年德国物理学家 在理论上概括和 总结了能量守恒定律．
二、能源的利用
人类对能源的利用大致经历了三个时期，即 柴草 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． 环境恶化 能源短缺 和 已经成为关系到人类社会能否持
性能好，可调整汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安
全可靠． 生物乙醇汽车 乙醇俗称酒精，通俗些说，使用乙醇为燃料的汽车，也 可叫酒精汽车．用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，
无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟．
【典例3】 电动车所需能量由它所携带的蓄电池供给．图4－
6－4为某类电动车与汽油车性能的比较．通常车用电动 机的质量是汽油机的4倍或5倍．为促进电动车的推广使 用，在技术上主要应对电动车的________、________等 部件加以改进．
内能，正确选项为D. 答案 D
能量转化问题分析 【典例2】 某高度处每吨水记作M，相对发电机具有势能
E0，落下来经过发电机后，还具有动能E.不计其他能量
损失，一昼夜时间记作t0，通过发电机的水流量为Q(Q为 每秒钟水流过的体积)，水的密度为ρ.则一昼夜里水对水 轮发电机做多少功？如发电机的发电效率为η，则发电机 每昼夜的发电量是多少？
(5)自然界中自发的能量的转化和转移具有方向性．
①热量可以自发地由高温物体传递给低温物体，但不能自发
地由低温物体传给高温物体． ②冒起的煤烟和散开的炭灰不可能又重新组合成一堆煤炭． ③散失到周围环境中的内能不能回收重新利用．
能量守恒定律
【典例1】 一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平
面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法正 确的是 A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生 ( )．
往与某一具体的能量变化相联系，即所谓功能关系．
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内作用到横截面积为S的面积上的空气流为研究对象，则这 部分空气流的质量为m＝ρV＝ρ· Svt. 1 2 1 空气流的动能为Ek＝ mv ＝ ρSv3t， 2 2 Ek×20% 1 则电功率P＝ ＝ ρπr2v3 t 10 得 r＝ 10P 3＝9.94 m，所以叶片长度约为9.94 m. ρπv
答案
解析
功是能量转化的量度，做多少功就有多少能量发生
了转化．因不计其他能量损失，则每吨水经过发电机的过 程中减少了E0－E的机械能，根据功能关系，必对发电机做 了E0－E的功，一昼夜里所做的总功为 （E0－E）ρQt0 （E0－E）ρηQt0 W＝ ，发电量为E电＝ . M M
答案 E0－E ρ Qt0 M E0－E ρ η Qt0 M
图4－6－4
给电动车蓄电池充电的能量实际上来自于发电站．一般发电 站燃烧燃料所释放出来的能量仅 30%转化为电能，在向用户 输送及充电过程中又损失了20%，这意味着使用电动车时能 量转化的总效率约为________%. 解析 根据题意，使用电动车时能量转化的总效率约为
30%×80%×70%＝16.8%.
纯电动汽车
电动汽车顾名思义就是主要 采用电力驱动的汽车，大部分车 辆直接采用电机驱动，有一部分 车辆把电动机装在发动机舱内，
图4－6－1
也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于
电力储存技术．本身不排放污染大气的有害气体，即使按所 耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也 显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类 伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种
(4)人类与能源的关系． 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产业革命，都与新的能源和动力装置的 利用密切相关．能源消耗的多少已经成为衡量一个国家或地
区经济发展水平的重要标志．所以说人类离不开能源．另一
方面能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，例如人类在 利用化石燃料的过程中产生的烟尘，污染大气，造成酸雨和 温室效应，对人类造成危害．
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
能量守恒定律的理解 (1)对能量守恒定律的理解要抓住三个要点： ①自然界存在着多种形式的能量；
②在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移；
③在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变． (2)能量守恒定律的重要意义： ①能量守恒定律是普遍适用的 —— 对宏观世界、微观世界、 高速运动、低速运动等都成立．
的热量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内
能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加 的内能之和 解析 子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使
得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统 产生的热量在数值上等于系统机械能的损失． A选项没有考 虑系统增加的内能， C 选项中应考虑的是系统 ( 子弹、木块 )
(2) 能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化，且
转化过程中总量保持不变，也就是说当某个物体能量减少 多少时，一定存在其他物体能量增加多少．
(3)功是能量转化的量度：①不同形式的能量之间的转化是通
过做功实现的．做功的过程就是各种形式的能量之间转化
(或转移)的过程．且做了多少功，就有多少能量发生转化(或 转移)，因此，功是能量转化的量度． ②能量的具体值往往无多大意义， 我们关心的大多是能量的 变化量，能量的变化必须通过做功才能实现，某种力做功往
解析
永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做
功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明， 结果都以失败告终，原因就是违背了能量的转化和守恒定
律．人类只能发现规律、利用规律，但绝不可以创造规律、
改变规律，违背规律行事，即使以后科技再发达，也要受自 然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，A错． 太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成 了风云雨雪，使万物生长，但辐射到星际空间的能量也没有
续发展的大问题．
三、新能源的开发 海洋能 太阳能 目前，正在开发的新能源有 、 、 、 氢能 地热能 生物质能 核聚变能 、 、 及 等． 较小 可再生 新能源的优点：新能源多为 能源，且污染 ， 被称为 清洁能源 ． 风能
一、对能量转化与守恒定律的理解
对能量概念的理解
(1) 形式：能量有各种不同的形式，运动的物体具有动能； 被举高的重物具有重力势能；发生弹性形变的物体具有弹 性势能；另外还有内能、化学能、电能、光能、太阳能、 风能、潮汐能、原子能等不同形式的能．
【变式2】
风力发电是一种环保的电能获取方式．设计每台风力发
电机的功率为 40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效 率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约 为10 m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设 计要求？
解析
设叶片长度为r，则叶片转动的面积S＝πr2.取时间t
答案
蓄电池
电动机16.8
能量守恒定律
1．下列说法正确的是
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
(
)．
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量， 但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和
守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式 的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的，
所以人们也称它们为化石燃料．由于这些能源是不能再次 生产，也不可能重复使用的，所以称为非再生能源．
(3)人类利用能源的过程及新能源的开发和利用．
①人类利用能源大致经历的三个时期是：柴草时期、煤炭时