2025年高中物理新教材同步 必修第三册 第12章　4　能源与可持续发展.pdfVIP

4能源与可持续发展

[学习目标]1.掌握能量守恒定律的内容，知道其重要意义。2.了解什么是能量耗散和能源品

质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性(重点)。3.认识当前环境问题，增强环境保护

和可持续发展的意识。

一、能量守恒定律能量转移或转化的方向性

1．能量守恒定律

(1)能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个

物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

(2)能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律。

(3)能量守恒定律的表达式

①E＝E，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。

初末

②ΔE＝ΔE，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。

增减

2．能量转移或转化的方向性

(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即一切与热现象有关的宏观过程具有方

向性。

①能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低

温物体传给高温物体。

②能量的转化具有方向性：如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。

(2)能量耗散

在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。

能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。

(3)能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降

低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然

界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。

能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？

答案能量耗散和能量守恒并不矛盾。能量耗散表明，在能源利用的过程中，在可利用的品

质上降低了，从便于利用变为不便于利用了，但是在能量的转化过程中，能量在数量上并没

有减少。

例1(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是()

A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集

起来重新利用

B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的

C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用

的变成了不便于利用的

D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的

答案ABC

解析根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都

是不变的；由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，

而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未

减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的总能量

仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。

例2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，电动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500J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①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②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是()

A．200JB．250JC．300JD．500J

答案A

3

解析电动车在运动过程中所受摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，

5

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故没被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E＝×500J＝