2013-2014学年高中物理同步课件：2.4 能源与可持续发展 教学课件(鲁科版必修2)

名师解疑分类例析自主学习第4节能源与可持续发展名师解疑分类例析自主学习名师解疑分类例析自主学习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．3．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．名师解疑分类例析自主学习一、能量转化和转移的方向性能量转化和转移的方向性自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有_____性的_______的过程．(1)机械能与内能间转化的方向性：_______可以完全转化为_____，反过来，_____不可能_____地完全回收，全部再变为机械能．(2)热传递过程中的方向性：在热传递的过程中，内能总是_____地从_____物体向_____物体转移，而不能_____地从_____物体向_____物体转移．方向不可逆机械能内能内能自发自动低温高温自动低温高温名师解疑分类例析自主学习热机的效率热机是将内能转化为机械能的装置，它从高温热源吸收热量，一部分用来做功，同时向低温热源放出热量，它的效率_______达到100%.二、能源开发与可持续发展在自然界中，除机械能外，常见的能量还有_____、_____、_______、_____等．常规能源主要有___、_____、_______等．不可能内能电能化学能核能石油煤天然气名师解疑分类例析自主学习思考效率为100%的发动机能被制造出来吗？它是否违背能量守恒定律？提示效率为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.名师解疑分类例析自主学习一、能量转化和转移的方向性名师解疑分类例析自主学习二、能源开发与可持续发展能源：所谓能源就是指可以被利用的能量资源．包括常规能源(煤、石油、天然气等)和新能源(风能、地热能、太阳能、核能等)．常规能源的储藏是有限的．能源危机与节约能源：目前世界上主要消耗的煤、石油、天然气等矿物质，按其在地球上已探明的储量和目前的开采速度，这些能源几代之后将不复存在，出现能源短缺极为严重的现象．能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源以保证可持续的能源生产和消费．名师解疑分类例析自主学习教材资料分析讨论与交流有人认为，我们国家现在经济条件好了，浪费一点资源没有关系；甚至认为从某种角度说，浪费资源反而有利于扩大消费，发展内需和国家经济建设．你是如何看待节能问题的？在日常生活中，你曾经采取过哪些节能措施？你觉得有效吗？把你对节能的想法和做法跟其他同学讨论交流．点拨能量不能无中生有，虽然能量是守恒的，但能量从可利用能量向不可利用能量的转化过程是不可逆的．现在，地球上的可利用能源越来越少，所以不应该浪费能源．节能的办法主要是提高能源的利用效率.名师解疑分类例析自主学习能源的利用与环保问题【典例1】二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，行星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暖房的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，却不让室内的长波热辐射出去，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，下列说法不成立的是()．名师解疑分类例析自主学习A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，当时地球的气温很高B．经过漫长的年代，地壳岩石和气体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．由于工业的发展和人类的活动，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解析地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律．由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，这是必然的现象，进而导致当时地球的气温很高．地球上的岩石由于多种原因，其中包括岩名师解疑分类例析自主学习石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了生命适合生存的条件．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，生活用电和工业用电是电能和其他形式的能的转变，会产生热．四个选项都很正确，但就温室效应这一观点而言A、B、C正确．答案D借题发挥掌握温室效应的意义和作用，注意此类知识与其他学科知识的综合．名师解疑分类例析自主学习【变式1】根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是()．A．电流的电能可能全部转变为内能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温物体解析根据能量的转化与转移具有方向性和不可逆性得，A、B、C正确，D错误．答案D名师解疑分类例析自主学习【典例2】为了测量太阳的辐射功率，某人采取如下简单实验．取一个横截面积是3×10－2m2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能．某一天中午在太阳光直射2min后，水的温度升高了1℃.求：(1)在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量．[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)](2)假设射到大气顶层的太阳能只有43%到达地面，另外57%被大气吸收和反射，而未到达地面．你能由此估算出太阳辐射的功率吗？(日地距离为1.5×1011m)能量的转化和守恒名师解疑分类例析自主学习解析(1)圆筒内的水经过2min照射后，增加的内能为ΔE＝Q＝cm·Δt，其中c＝4.2×103J/(kg·℃)，所以ΔE＝4.2×103×0.6×1J＝2.52×103J，每分钟获得的能量为2.52×1032J＝1.26×103J，圆筒面积S＝3×10－2m2＝3×102cm2，地球每分钟每平方厘米获得的能量为1.26×1033×102J＝4.2J.(2)以太阳为球心，以日地距离r为半径作一个球面，根据上述观测，在此球面的每平方厘米面积上每秒接受到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为4.243%×60J≈0.163J，名师解疑分类例析自主学习太阳是向四面八方均匀辐射的，上述球面每秒接受到的太阳能即为太阳的辐射功率P.上述球面的面积为4πr2，其中r＝1.5×1011m，所以辐射功率P≈4πr2×0.163＝4π×(1.5×1011×102)2×0.163W≈4.6×1026W.答案(1)4.2J(2)4.6×1026W名师解疑分类例析自主学习【变式2】一水电站，水流的落差为20m．水流冲击水轮发电机后，水流能20%转化为电能．若发电机的功率为200kW，则每分钟流下的水量是________m3.(取g＝10m/s2)解析设每分钟水的流量为Q，则在1分钟内流下的水的质量m＝ρQ，则在1分钟内流下的水减少的重力势能ΔEp＝mgh＝ρQgh①答案300由题意可知发动机的功率P＝ΔEp·20%t②由①②得Q＝Ptρgh·20%＝200×103×601×103×10×20×0.2m2＝300m3.