高中物理备课资料卡 能源与可持续发展素材.doc

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1、高中物理备课资料卡能源与可持续发展素材【知识点名称】能源与可持续发展【三维目标】1．（鲁科J）了解热传导过程和能量转化、转移过程的方向性。2．（鲁科J）知道热力学第二定律，了解热机效率问题。3．（鲁科J）了解能源对人类社会发展的重要意义，了解能源的使用和环境污染的关系。4．（鲁科J）知道可持续发展的意义，了解节能的意义、开发新能源和可持续发展的关系。【相关知识准备】(人教K)力学是关于运动的科学，它的任务是以完备而又简单的方式描述自然界中发生的运动.——基尔霍夫①(注：①基尔霍夫(GustavRobe~Kirchhoff，1824—1887)

2、，德国物理学家，对电路和热辐射的理论有杰出的贡献，得出了关于电路和热辐射的两个“基尔霍夫定律”.)【导语引入】(沪科K)根据能量转化与守恒定律，汽车行驶所需要的能量不会“尤中生有”地产生，它来自汽缸内汽油燃烧所释放的能量那么，汽油释放的能量巾有多少能为汽车所用呢?其中又有多少能量损失掉厂呢?损失掉的能量还能回收再利用吗?下面就从汽车的能量流向出发，研究能量的转化效率、能量转化的方向性，以及能源与可持续发展等问题。(人教J)科学家们一直在关注自然现象之间的普遍联系……1801年戴维发现电流的化学效应(电和化学的联系)1820年奥斯特发现电流的磁

3、效应(电和磁的联系)1821年塞贝克发现温差电现象(热和电的联系)1831年法拉第发现电磁感应现象(电和磁的联系)1840年焦耳发现电流的热效应(电和热的联系)1842年迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值(力和热的联系)1843年焦耳测定了热功当量的数值(力和热的联系)1847年亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律【知识点讲解】能量转化（鲁科K）能量转化和守恒定律指出能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化或转移为另一种形式。在大多数情况下，能量最终都转化为内能。汽车由飞驰到静止，其动能转化成内能散发到周围的空间中，这些散发出去

4、的内能不可能自动地全部聚集起来，使汽车重新开动。荡来荡去的秋千，如果不能持续得到外加的能量，空气阻力及秋千受到的摩擦力就会使秋千逐渐减小摆动的幅度，直到最终停摆。在这个过程中秋千原有的机械能最终都转化为内能，这些内能同样不可能自发地完全回收，并全部再变为机械能，使秋千恢复到原来的摆动幅度。你手上握着一块冰时，会感到冰冷刺骨，接着冰开始逐渐熔化，在这一过程中，内能从温度较高的手上转移到了温度较低的冰上(图2-31)；寒冷的冬天，你用手握住装着热水的玻璃杯时，会感到自己的手很快暖和起来，这是因为内能已经从温度较高的水中转移到温度较低的手上；可见，

5、内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不会倒过来自动地从低温物体向高温物体转移。对能量转化和转移方向性的认识，与人们不断探索提高热机效率的途径和方法密切相关。我们知道，包括蒸汽机、内燃机等在内的热机的发明和广泛应用，对人类文明的发展和社会的进步起到了巨大的作用。热机的作用就是将内能转化为机械能，正是因为有了热机，我们才得以利用自然界蕴藏的丰富内能来做功。用心爱心专心长期以来，热机将内能转化为机械能的效率一直与人们的期望相差甚远。蒸汽机刚发明的时候，效率很低。英国工程师瓦特分别于1765年和1782年两次改进了蒸汽机的设计，使热机的效率提高

6、了4-6倍(图2-33)。尽管如此，蒸汽机的效率也才仅有3%，也就是说向热机提供100J的内能，真正用来转化为做功的机械能只有3J，其余的97J都浪费了(图2-34)。为了提高热机的效率，工程师和科学家进行了大量的实验和研究。人们在思考，是否可使热机的效率达到100%呢?把内能全部转化为机械能，而不产生损耗呢?显然这样的热机并不违反能量守恒定律。法国工程师卡诺最先从理论上解决了热机的效率问题，提出了一种效率可以达到最高的理想热机模型，他证明了热机中的工作物质(如蒸汽机中的水蒸气)由高温热源吸收的热量，只能有一部分用于做功，其余的要向低温热源放

7、出。因此，热机的效率决不可能达到100%。(沪科K)能量的转化效率(沪科K)人们刊用机器工作时，都要输入能量让它做功．但任何机器都不可能将输入的能量全部转化为有用的能量，必然会有—部分能量要损失掉。如电动机将电能转化为机械能时，总会有一部分电能转化成导线的内能，还有一部分因摩擦而转化为机2S的内能白炽(沪科K)为了衡量机Z2能将多少输入能量转化为有用的能量，人们提出了“能量转化效率”这—概念，它是转化为有用功的能量跟输入能量的比值，即能量的转化效率=(沪科K)请讨论：1．根据图4—20所示．轿车的能量转化效率为多少?2．从地面将物理课本捡起放

8、到桌上，课本的重力势能增加了，但要弥补你为此付出的能量，你必须从食物中摄取数量为课本势能增加量的9倍的能量才行，为此，你需要喝多少牛奶，或者吃多少米饭?请自己查找需