2013物理版选修3-3 课件：第十章 6 能源和可持续发展

普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－3[人教版]第十章热力学定律6 能源和可持续发展【教学目标】一、知识与技能1、了解什么是能量耗散和品质降低2、了解什么是能源，什么是常规能源，知道常规能源的储量和人类需求的矛盾3、了解常规能源的使用和环境污染方面的关系4、了解哪些是清洁能源，哪些是可再生能源二、过程与方法1、通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力2、通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力三、情感、态度与价值观１、了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题２、提高学生的节能、环保意识【重点、难点分析】：重点：１、能量转化的效率及方向性２、可持续发展的重要性难点：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性【课时安排】： 1课时【课前准备】：实物投影、幻灯片，多媒体教学设备，影片【教学设计】：一．引入新课：能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾和问题是生活在地球上每一个人的职责.二．进行新课：(一）能源与常规能源1．能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源．2．常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源．3．常规能源的储藏是有限的．阅读课本p68。

思考与讨论。

提出问题：我们知道自然界中的能量是守恒的。

但为什么还经常说要节约能源和合理开发和利用能源呢？(二）能量耗散和品质降低1.能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。

2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。

由热力学第二定律知，能量的转移和转化具有方向性。

从被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。

由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低。

6能源和可持续发展[学习目标] 1.知道有序和无序、宏观态和微观态的概念.2.了解热力学第二定律的微观意义，了解熵的概念及用熵的概念表示的热力学第二定律.3.认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义，增强保护环境的意识．一、能量耗散和品质降低1．能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．2．各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的．3．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性．4．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式．二、能源与环境1．常规能源：人们把煤、石油、天然气等化石能源叫做常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源．2．新能源：主要有太阳能、生物质能、风能、水能、核能等．3．环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有温室效应、酸雨、光化学烟雾等．判断下列说法的正误．(1)能源是取之不尽、用之不竭的．(×)(2)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．(√)(3)煤和石油属于清洁能源(×)能源和可持续发展(1)流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？(2)如图2所示是两幅宣传节约能源的图片．请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？图2(3)化石能源的大量消耗会带来哪些环境问题？答案(1)内能．(2)能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量．(3)温室效应、酸雨、光化学烟雾等．1．能源的分类能源分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经过加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气能、风能按可否再生分可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气按对环境污染情况分清洁能源对环境基本没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)2.能源的开发和利用加强新能源，特别是清洁能源的开发和利用，控制化石能源开采，提高能源的利用率，降低对环境的污染．3．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然资源所产生的严重问题．(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题．例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝．例1关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的()A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径答案 B解析能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品质降低即不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错．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．能源是能够提供可利用能量的物质．3．能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源．例2(多选)下列对能量耗散理解正确的是()A．能量耗散说明能量在不断减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性答案BD解析在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对.1．(能源的开发和利用)下列哪些现象属于能量耗散()A．利用水流能发电变成电能B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C．电池的化学能转化为电能D．火炉把房子烤暖答案 D解析能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散．电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散．故D正确．2．(能量耗散的理解)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集并加以利用．下列关于能量耗散的说法正确的是()A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量仍守恒D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程不具有方向性答案 C解析能量还是守恒的，能量耗散符合热力学第二定律，C正确．3．(能源的开发和利用)低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量理解正确的是() A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源B．能量耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发D．人类应积极开发与利用太阳能、风能、潮汐能等能再生的新能源答案 D解析在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源，故A、B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；太阳能、风能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确．4．(能源的开发和利用)(2019·天门市、潜江市、应城市高一下期中联考)能源问题关乎国家建设和社会发展，下列关于能量和能源的说法正确的是()A．人类在历史的进程中不断地开发和利用新能源，创造了新的能量B．自然界的能量是守恒的，我们没有必要节约能源C．在利用能源的过程中，能量在数量上逐渐减少D．能源耗散说明能量在转化过程中具有方向性答案 D解析人类在不断地开发和利用新能源，但是能量不能被创造，也不会消失，故A错误；自然界的能量是守恒的，但是由于可用能源是有限的，故需要节约能源，故B错误；在利用能源的过程中，由于能量是守恒的，能量在数量上并没有减少，故C错误；根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行具有方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，故D正确．。

6 能源和可持续发展无章。

这两个例子中，哪个是有序的，哪个是无序的？自发的过程是从有序向着无序发展还是从无序向着有序发展？提示：前者是有序的，后者是无序的。

自发的过程是从有序向着无序发展。

一、热力学第二定律的微观解释1．有序和无序(1)概念：一个系统的个体按确定的________有顺序的排列即为有序；如果对个体的分布没有____的要求，“怎样分布都可以”即为无序。

(2)特点：有序和无序是____的，即存在一个有序程度的问题。

2．宏观态和微观态(1)概念：在统计物理学中，规定了某种____，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“____态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同。

(2)特点：如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，那么这个“宏观态”是比较____的。

3．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性____的方向进行。

这就是热力学第二定律的微观意义。

4．熵及熵增加原理(1)熵①物理意义：用来量度系统________的物理量叫做熵。

②表达式：S＝______，其中k表示玻尔兹曼常数，Ω表示一个宏观态所对应的微观态的____，S表示熵。

(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会____。

这就是用熵的概念表示的________定律。

思考1：质量相同、温度相同的水，如图所示分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？二、能源和可持续发展1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散集中度较高(有序度较高)的能量，当它们变为环境的内能后，就成为更加____因而也是______更大的能量，我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用，这样的转化过程叫做能量耗散。

(2)能量品质降低各种形式的能量向内能的转化，是无序程度____的状态向无序程度____的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。

而内能向机械能的转化是______的，即环境中必须存在温度差，而且内能不能全额转化为机械能。

第六节能源和可持续发展教学目标：1、了解什么是能源，了解什么是常规能源，了解常规能源的储量与人类需求的矛盾2、了解能源与人类社会发展的关系3、了解常规能源的使用与环境污染的关系4、了解哪些能源是清洁能源，哪些能源是可再生能源．教学重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系．教学难点：能源的开发和利用与环境的关系．教学方法：讲述练习法、阅读法教学用具：多媒体设备教学过程：（一）引入新课能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾是生活在地球上每一个人的职责。

（二）新课教学1、能源与常规能源（1）能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源．（2）常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源．（3）常规能源的储藏是有限的．阅读课本P81思考与讨论。

提出问题：我们知道自然界中的能量是守恒的。

但为什么还经常说要节约能源和合理开发和利用能源呢？2、能量耗散和品质降低由热力学第二定律知，能量的转移和转化具有方向性。

在日常的各种各样的活动中，机械能、电能、光能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中，这一过程中伴随着能量的耗散。

从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。

由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低。

煤、石油、天然气等能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放并最终转化为低品质的内能。

所以我们要节约能源.3、能源与人类社会能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。

能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步。

远古时代火的使用,使人们脱离了茹毛饮血的时代18世纪末蒸汽机的发明和完善,带动了第一次产业革命和资本主义社会的成长。