1、4能源与可持续发展核心素养明目标核心素养学习目标物理观念(1)列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒的含义。(2)知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。科学思维通过实例加深对能量守恒定律的理解，掌握应用能量守恒定律分析、解释实际问题的一般步骤。科学探究通过实例分析知道能量耗散、认识自然界中能量转化的方向性。科学态度与责任收集资料、讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害性，思考科学、技术、社会、环境协调发展的关系，具有保护环境的意识和行动。知识点一能量转移或转化的方向性1能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或
2、者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。2能量转化的不可逆性：科学家对有关自然现象和经验事实进行大量研究后发现：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。3能量的耗散(1)定义：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。(2)能量的耗散表明：能量的数量是守恒的，但是能量可利用的品质降低了。(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然中宏观过程具有方向性。能量的转化是通过做功来实现的，力对物体做了多少功，就有多少能量发生转化，即功是能量转化的量度
3、。1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加。()(2)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。()(3)不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的。()(4)石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了。()知识点二能源的分类与应用能源与社会发展1能源的分类(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源，煤炭、石油和天然气也叫化石能源。(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。2我国能源的开发(1)太阳能发电。(2)水力发电。(3)风能发电。(4)核能发电。3人类利
4、用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。4利用不可再生能源带来的危害(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。(3)产生光化学烟雾，产生浮尘。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)煤炭、石油和天然气都属于化石能源。()(2)在能源利用过程中能量是守恒的，故不必节约能源。()(3)冒起的煤烟和散开的炭灰可以收集起来重新合成一堆煤炭。() 考点1能量守恒定律的理解和应用(1)如图是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？(2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？提示：(1)汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来
5、的内能转化为飞轮的机械能。(2)不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。1能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。2能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 3应用能量转化与守恒解题的步骤(1)首先分析研
6、究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。 (2)分别列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式。(3)依据E减E增列式求解。【典例1】构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线所示，则第二
7、次向蓄电池所充的电能是()A200 JB250 JC300 JD500 JA电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的。故没被摩擦力做功转化为内能的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0500 J200 J，A正确。跟进训练1如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为()AmghBmghCmghDmghA去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减
8、少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Qmghmgh，故A正确。 考点2能源和可持续发展近几年流行一种“自发电电动车”(如图所示)，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动
9、车的电源充电。1能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少。(2)能源是可以提供可利用能量的物质。2解决能源危机的措施(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源。(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行。3常规能源和新能源的转化途径4能源可持续发展(1)对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。(2)开发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。【典例2】(多选)2020年2月17日，中国海域可燃冰第二轮试采成功，我国成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3
10、的可燃冰可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，下列关于可燃冰的说法正确的是()A可燃冰是不可再生能源B可燃冰属于可再生能源C1 m3的可燃冰比0.8 m3的水质量小D相同体积的可燃冰和天然气完全燃烧后，可燃冰释放的热量多AD可燃冰是一次能源，属于不可再生能源，选项A正确，B错误；1 m3的可燃冰可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，故分析可知，选项C错误，D正确。跟进训练2关于能源的利用和节约，下列说法正确的是()A根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%B由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C节约能量只要提高节能意识就行，与科学
11、进步无关D在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉D能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。1有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度，他的办法是先关好房间门窗，然后打开冰箱的所有门，最后让冰箱运转。不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将(
12、)A升高B保持不变C开机时降低，停机时又升高D降低A由能量守恒定律可知，在门窗关闭的房间中，冰箱将消耗的电能转化为室内空气的内能，使室内温度升高。2(2021河北衡水调研)1 kWh的电能可以做很多事。请估算1 kWh的电能全部用来托起一位普通高中生，使他提升的高度最接近()A2 mB20 mC700 mD7 000 mD高中生的体重约为50 kg，1 kWh1 0003 600 J3.6106 J，由能量守恒定律可得3.6106 Jmgh，解得提升高度h m7 200 m，最接近7 000 m，选项D正确。3下列叙述不正确的是()A煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B无氟冰箱的使
13、用会使臭氧层受到不同程度的破坏C大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因D“白色污染”是当前环境保护有待解决的问题之一B煤、石油、天然气等燃料是由动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，故A正确；氟利昂会使臭氧层遭到破坏，但无氟冰箱不含氟利昂，故B错误；大气中CO2含量增多是引起温室效应的主要原因，故C正确；“白色污染”是对废塑料污染环境现象的一种形象称谓，近几年国家发布“限塑令”就是为了应对“白色污染”，故D正确。4目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了定位模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的
14、方式获取电能：甲车靠小型发电机踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板有光照时，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是()甲乙A都是把机械能转化为电能B都是把光能转化为电能C甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能D甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能C甲车靠小型发电机踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板有光照时，产生电能，故光能转化为电能；故A、B、D错误，C正确。5情境：氢气是一种清洁能源，它燃烧后只生成水
15、，对环境无污染，某同学设想了一个利用氢能的方案，如图是它的示意图，请你判断这一方案的可行性，并说明理由。判断：_(选填“可行”或“不可行”)理由：_。解析由图可知，利用电解水的方法来制取氢气，在利用氢氧燃料电池产生电能，此过程中，并不能实现能量的增加；工业上制取氢气是使用电解水的方法得到的，而电解水过程中需要消耗大量的电能，故氢能源成本高。答案不可行违反了能量守恒定律回归本节知识，自我完成以下问题：1把刚刚煮的鸡蛋拿出来放在冷水中，过一会儿后，鸡蛋和水的温度会怎么变化？提示：鸡蛋的温度降低，水的温度升高。2过一段时间水和鸡蛋的温度会相同，试问是否可能发生这样的现象，再过一会儿后，水的温度自发降低，鸡蛋的温度重新上升能？提示：(1)不会。(2)水和鸡蛋的温度可以自发降低，但鸡蛋的温度不能自发升高。3既然能量是守恒的，不会凭空消失，那我们还需要节约能源吗？提示：能量的耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。因此，自然界的能量虽然是守恒的，我们还是要节约能源。