11高二物理-15暑完稿.docx

高二物理暑假学案 目录 第一讲 内能 能的转化和能量守恒定律 1 第二讲 能的转化的方向性 能源开发 太阳能的利用 18 第三讲 内能能量守恒定律复习 34 第四讲 静电现象 元电荷 40 第五讲 电荷的相互作用 电场（一） 48 第六讲 电荷的相互作用 电场（二） 57 第七讲 电势、电势差、电势能 72 第八讲 电场力做功、电场强度与电势差的关系 85 第九讲 电场测试题(A) 96 第十讲 电场测试题(B) 101 第十一讲 简单串联、并联组合电路 106 第十二讲 电功率 117 第十三讲 多用电表的使用 128 第十四讲 简单逻辑电路 139 第十五讲 拓展—闭合电路欧姆定律 150 第十六讲 电路测试题(A) 163 第十七讲 磁场基本性质及其描述 168 第十八讲 磁场对电流的作用 180 第十九讲 磁场测试卷 194 第二十讲 高二期末测试卷 200 212 想像力比知识更重要。 第一讲 内能 能的转化和能量守恒定律 【教学目标】 （1）知道分子的动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。 （2）知道分子势能，知道分子势能跟物体的状态和体积有关。 （3）知道物体的内能。 （4）知道内能变化的两个途径：做功和热传递。知道做功和热传递对改变物体的内能是等效的。 （5）知道能有各种形式，每一种形式的能对应于一种运动形式；知道各种形式的能之间是可以相互转化的。 （6）理解能的转化和能量守恒定律。 （7）知道“永动机”是制造不出的。 【教学重点】：物体的内能；内能变化的两个途径。 能的转化和能量守恒定律。 【教学难点】：运用能量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样实现相互间的转化的。 【考点链接】根据《上海市中学物理课程标准》确定考试内容和要求。 知识内容的要求分：知道(A)、理解(B)、掌握(C)三个层次。 知道(A)：识别、记忆和再现学习内容。 理解(B)：领悟学习内容的确切含义并能运用于分析、解决实际问题。 掌握(C)：以某一学习内容为重点并综合其他内容解决较复杂的化学问题。 主题 学习内容 学习 水平 说 明 内能 能的转化和能量守恒定律 物体的内能 A 【知识梳理】 一、物体的内能 1. 物体由大量分子组成，分子在不停地做无规则的热运动。 2.分子有动能 分子运动论的内容之一：构成物体的大量分子永不停息的做无规则的运动说明分子一定有动能。 3.平均动能 分子做无规则运动，每个分子的速率都不相同，有的大、有的小，而且在分子相互碰撞时速率也会改变，但大多数分子的速率处在中等速率。因此，在研究分子动能时，不是关心个别分子的情况，而是研究大量分子的集体行为。我们引进新的概念：平均动能：物体里所有分子动能的平均值。 3、平均动能与温度有关 扩散现象和布朗运动都说明分子运动的速率与温度有关。当温度升高时，大部分分子运动的速率加快，也有极少数分子运动的速率减慢，但分子的平均动能增大。可见，温度是物体分子热运动平均动能的标志。 学生实验1：取两杯温度不同、体积相同的清水，分别滴入一滴红 墨水，观察发生的变化。 结论：温度越高，分子的无规则运动（热运动）越剧烈。 温度是物体分子热运动平均动能的标志。 4、微观温度是物体分子热运动平均动能的标志。 宏观温度是表示物体的冷热程度。 5. 分子势能 分子势能随分子间距离的变化而变化，分子势能与物体的状态和体积有关。 定义：由分子间的相互作用力和分子间的距离决定的势能叫分子势能。 6. 物体的内能 （1）定义：物体内所有分子动能和势能之和。由物体温度、体积和状态决定，无法测量。 （2）热现象是大量分子热运动的宏观表现，是大量分子运动的统计结果。 （3）内能与温度的区别。 温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。 二、 改变内能的途径 1. 做功可以改变物体的内能 （1）外界克服摩擦力做功，使物体的内能增加。 演示实验2：用温度传感器研究摩擦与热的关系。铜管内插入温度传感器，拉动绳子，观察软件界面上温度变化曲线，分析拉动次数和对应的温度变化情况。 结论：摩擦做功越多温度升高越大，摩擦做功越快温度升高越快。克服摩擦力做功，物体温度升高，内能增加。 （2）压缩气体做功，气体内能增加。 演示实验3：活塞压缩玻璃管内的空气，硝化棉燃烧。 结论：压缩空气做功，使空气温度升高，内能增大，达到硝化棉的燃点使棉花燃烧。 （3）气体对外做功，内能减少。 演示实验4：用酒精灯加热试管中的水，沸腾时，可以看到活塞被冲出，试管壁上有小水珠生成。 结论：试管内的气体推动活塞做功时，气体内能减少，温度降低，使试管内水蒸气液化成小水滴。 2. 热传递可以改变物体的内能 3. 做功和热传递对改变物体的内能是等效的 三、能的转化 1. 播放“天下第一爆”的录象。 三峡电站修建过程中利用到了哪些形式的能？（如电能、内能、化学能、机械能） 小结：能以多种形式存在于自然界，每一种形式的能对应于一种运动形式。 提问：机械能与什么运动形式相对应？内能？电能？化学能？…… 大家谈：指出图中所对应的能的形式，并谈谈你所知道的其他形式的能。 能是对物质运动形式的一种描述。随着人们对物质运动形式越来越全面、深刻的认识，也会认识到更多形式的能，如核能等。 2. 各种形式的能之间有什么样的联系？ 闭合电键，伏打电池使小灯泡发光。 闭合电键，小电动机提升钩码。 根据上面的实例说明各种能量之间是如何实现转化的，作出总结。 小结：各种形式的能可以相互转化，能量也可以从一个物体转移到另一个物体上。 四、 能量守恒定律 能量既不能产生，也不能消失；它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体；在转化或转移的过程中，其总量不变。 问题：能否将能量守恒定律表述为“能量不变”？ “守恒”是变中的不变。能量定恒是指各种形式的能会相互转化，即能的形式会发生变化，而各种形式的能的总量不变。 （1）能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。 自然界中的物质存在相互联系、相互作用。能量守恒定律揭示和反映了这种普遍联系，使自然科学工作者有了共同语言，取得了一系列重大成就。这一定律被恩格斯称为“伟大的运动定律”，与细胞学说，进化论一起，被誉为十九世纪自然科学的三大发现，也是物理学的理论支柱。 （2）能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。 （3）能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。 五、定律的应用 1.“永动轮” 介绍一类永动轮，强调重申能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。它与自然界中任何已知的现象都不矛盾。 2.“饮水鸟” 学生先讨论，再揭示“饮水鸟”不停地饮水的秘密。 【知识窗】 永动机的神话 　　永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。 　　在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。 　　仔细分析一下就会发生，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在右图中所画的位置上。 　　从哥特时代起，这类设计方案越来越多。１７世纪和１８世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家斯台文、惠更斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。 　　19世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。 　　在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。如左图所示： 　　然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破产了。 　　永动机的想法在人类历史上持续了几百年，这个神话的被驳倒，不仅有利于人们正确的认识科学，也有利于人们正确的认识世界。 【典型例题】 例1：一块铁块由10℃升高到50℃，比较内能的变化情况，并说明理由。 例2：神州七号载人飞船完成任务后返回地球，返回舱进入大气层一段时间后，由于受空气阻力做匀速运动，返回舱匀速下降过程中（ ） A．重力势能减少，动能增加，内能增加 B．机械能减少，动能不变，内能增加 C．重力势能减少，动能增加，内能不变 D．机械能不变，动能不变，内能增加 例3：当物体的温度升高时，下列说法正确的是（ ） A. 每个分子的温度都升高 B. 每个分子的热运动都加剧 C. 每个分子的动能都增大 D. 物体分子的平均动能增大 例4：若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是 （ ） A．如果保持其体积不变，温度升高，内能不变 B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少 C．如果保持其温度不变，体积增高，内能增大 D．如果保持其温度不变，体积增高，内能减少 例5：下列现象中，通过热传递的方法改变物体内能的是（ ） A. 打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B. 夏天喝冰镇汽水来解暑 C.冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来 D. 太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 【思维训练】 1．通讯卫星板状的两翼是太阳电池板，它的作用是把能转化为能，供卫星使用。 2．由于自然界中自发的能量转移和转化是有的。所以，在利用能量的过程中，总有一部分能量散失掉，可利用的能量会逐渐减少，这势必导致。 3．古代人“钻木取火”是通过的方式将机械能转化为内能，电路中实现其他形式的能向电能转化的装置是 。 4． 能量转化是非常普遍的现象，下列关于能量转化的叙述中正确的是（ ） A．洗衣机甩干衣服时，将内能转化为机械能 B．内燃机的做功冲程，将机械能转化为内能 C．炉灶中煤气燃烧时，将化学能转化为内能 D．用电热水器烧水时，将电能转化为机械能 5． 关于能源的利用，下列说法中正确的是 ( ) A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要 B．能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能 6. 直升飞机在空中匀速下降，以下说法正确的是（ ） A. 直升机的动能不变，机械能不变 B. 直升机的重力势能减小，机械能也减小 C. 直升机的动能转化为重力势能 D. 直升机的重力势能转化为动能 7. 一块10℃的铁与一块10℃的铝相比较，下列说法中正确的是 ( ) A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等 C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等 D．以上说法均不正确 8. 下列说法中正确的是 ( ) A．温度相等的两块铁(固体)，其内能一定相等 B．温度不等的两物体，其内能一定不等 C．两物体的内能相等，其分子平均动能一定相等 D．两块相同物质组成的物体(固体)，质量相等，温度相同，内能一样大． 9.外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是 ( ) A. 气体内能一定增加20J B. 气体内能增加必定小20J C. 气体内能增加可能小于20J D. 气体内能增加可能大于20J 10.物体吸收了热量后，下列说法中正确的是 ( ) A．温度一定升高 B．内能一定增加 C．状态一定发生变化 D．温度、内能、状态都可能不发生变化 11.一定量气体膨胀做功l00J，同时对外放热40J，气体内能的增加△U是 ( ) A．60J B．-60J C．-140J D．140J 12. 下列说法中正确的是 ( ) A．热量不仅可以从高温物体传到低温物体，也可自发地从低温物体传到高温物体 B．空调等设备就是利用了热传导的方向性 C. 无论采用什么方法，都不可能把热量从低温物体传递给高温物体 D．热量能自发地传递的条件是必须存在“温差” 13. 下列物体在所经历的过程中，内能增加的有 （ ） A. 在光滑斜面上下滑的物体 B. 水平飞行并射穿木块的子弹 C. 在绝热条件下被压缩的气体 D. 两碰撞后小球以共同速度运动 14. 质量相等的氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间的势能，则 （ ） A. 氧气的内能较大 B. 氢气的内能较大 C. 两者的内能相等 D. 氢分子的平均动能较大 15. 如图，直立容器内部有被隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设此过程中气体吸热，气体内能增量为△，则（ ） A. △= B. △< C. △> D. 无法比较 16.关于物体的内能和温度，以下说法正确的是（ ） A．分子的动能和分子的势能的总和叫做这个分子的内能 B．温度高的物体内能一定比温度低的物体内能多 C．物体的动能增加了，物体的内能和温度可能不变 D．物体的温度升高，物体的分子平均动能一定增加 17. 氧气钢瓶充气后压强高于外界人气压，假设缓慢漏气时瓶内外温度始终相等且保持不变，氧气分子之间的相互作用.在该漏气过程中瓶内氧气 ( ) A.分子总数减少，分子总动能不变 B.密度降低，分子平均动能不变 C.吸收热量，膨胀做功 D.压强降低，不对外做功 18．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了 6×105J的功，问： （1）物体的内能增加还是减少？变化量是多少？ （2）分子势能是增加还是减少？ （3）分子动能是增加还是减少？ 【挑战自我】 1. 关于温度，一下说法正确的是（ ） A． 温度是物体分子速度大小的量度 B．温度是物体分子运动动能大小的量度 C．温度是物体分子平均动能的标志 D．物体内能越大，温度一定越高 2． 某物体的温度升高了，那么下列说法正确的是（ ） A． 物体内能所有分子的动能都增大了 B． 物体内分子的平均动能增大了 C． 物体的分子势能一定增大了 D． 物体一定吸收了热量 3. 两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（ ） A． 内能大的物体向内能小的物体传递热量 B． 密度大的物体向密度小的物体传递热量 C． 含热量多的物体向含热量少的物体传递 D． 分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递 4. 下雨时雨滴匀速下落，下落过程中雨滴的动能，重力势能，机械能，雨滴的内能间 。 5. 下列说法不正确的是（ ） A． 干电池把电能转化为化学能 B． 充电时蓄电池把电能转化为化学能 C． 太阳能电池把太阳能转化为电能 D． 光合作用把太阳能转化为化学能 6. 高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法不正确的是（ ） A． 只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒 B． 冰雹的势能转化为冰雹的动能 C． 冰雹的内能增大 D． 冰雹的机械能不守恒 7. 汽车关闭发动机后恰能沿斜波匀速下滑，在这过程中（ ） A． 汽车的机械能守恒 B． 汽车的动能和势能相互转化 C． 机械能转化为内能，总能量守恒 D． 机械能和内能之间没有转化 8. 机械能对应的运动形式是，内能对应的运动形式是。 9. 柴油机在压缩冲程中，外力压缩气体，对气体，使气体的温度升高，在这个过程中能转化了 能。微波炉工作时，把能转化为能。 10. 下列说法中正确的是 （ ） A．做功和热传递对改变物体内能是等效的，但它们在能量转换的方式上有所不同 B．热传递是将热量从热量多的物体转移到热量少的物体 C．从微观观点来看，热传递是外界物体分子无规则运动的能量与系统内分子无规则运动能量的转移过程 D．物体机械运动越快，分子运动也越快，内能越大 11．用下述方法改变物体的内能，哪些属于做功的方式（ ） A．物体在火炉旁被烤热 B．用锯子锯木头，锯条变热 C．阳光照在湖面上，使湖水升温 D．电流通过灯丝使灯丝发热 12．下述说法正确的是（ ） A．功可以全部转变为热，但热量不能完全转变为功 B．热量可以自发从高温物体传给低温物体，也可以自发从低温物体传给高温物体 C．在不引起其它变化条件下，热量不能从低温物体传给高温物体 D．由能量守恒定律，在不引起其它变化的条件下，热量可以全部转变功 13. 分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。据此可判断下列说法中错误的是( ) A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性 B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大 C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大 D．真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素 14. 下列燃料中不属于化石燃料的是( ) A．煤 B．木柴 C．石油 D．天然气 15．下列关于对能的转化和守恒定律的认识正确的是（ ） A．某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加、 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动不可能制成 D．石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了 16.利用下列哪种能源时,给人类带来的污染较小（ ） A．煤 B．石油 C．天然气 D．核能 17．关于能量转化的说法中正确的是（ ） A．举重运动员把重物举起来,体内的一部分化学能转化为重力势能 B．电流通过电阻丝使电能转化为内能 C．内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程 D．做功的过程是能量转化的过程，做了10J功,就有10J能量发生转化 18.对于在一个大气压下1㎏100℃的水变为1㎏100℃的水蒸气的过程中，下列说法中正确的是 （ ） A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热过程 B.水的内能不变，对外界做功，向外界吸热 C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热 D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热 19.根据能量守恒，下列说法正确的是 ( ) A．物体对外界做功2J，并从外界吸收2J的热量，则物体内能增加4J B．外界对物体做功2J，物体从外界吸收2J热量，则物体内能增加4J C．外界对物体做功2J，物体向外界放出2J的热量，则物体内能不变 D．物体对外界做功2J，并向外界放出2J的热量，则物体内能减少4J 20.质量为2㎏的水在太阳的照射下，温度升高50C，水吸收的热量为J。【C水=4.2×103J/(㎏·0C)】 21.有一铅质子弹，质量为10g，以500m/s的速度打击靶子，若所有的动能都转化为内能，其中20%用来使子弹的温度升高，则子弹的温度升高了0C。【C铅=1.3×102J/(㎏·0C)】 22.从某一高度以10m/s的速度抛出一个物体，落地时40%的机械能转化为内能，温度升高0.10C.若已知该物体的比热容是0.4×103J/(㎏·0C)，空气阻力不计，求该物体被抛出时的高度？ 23.用质量为0.5㎏的铁锤，去打击质量为2㎏的铁块，铁锤以12m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为0，设每次打击产生的热量中有50%被铁块吸收，功打击50次，则铁块温度升高多少?【C铁=460J/(㎏·0C)】 感知高考 1. 分子间有相互作用的势能，规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零。设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直到它们之间的距离最小。此过程中，a、b之间的势能（ B ） A．先减小，后增大，最后小于零 B．先减小，后增大，最后大于零 C．先增大，后减小，最后小于零 D．先增大，后增大，最后大于零 2. 一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，设气体分子间的势能可以忽略，则在此过程中（ ） A． 外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B． 外界对气体做功，气体分子的平均动能减小 C． 气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D． 气体对外界做功，气体分子的平均动能减小 3. 氧气钢瓶充气后压强高于外界大气压，假设缓慢漏气时瓶内外温度始终相等且保持不变，忽略氧气分子之间的相互作用，在该漏气过程中瓶内氧气（ ） A． 分子总数减小，分子总动能不变。 B． 密度降低，分子平均动能不变。 C． 吸收热量，膨胀做功 D． 压强降低，不对外做功 4. 如右图，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法正确的是（ ） A． 初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B． 系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C． 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 D． 松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 第二讲 能的转化的方向性 能源开发 太阳能的利用 【教学目标】 （1）知道能源及其种类。知道一些新型能源。 （2）知道自然过程的方向性。知道能量的耗散和退化。 （3）知道太阳能资源的含义、优缺点、利用途径、基本技术以及人们利用与开发太阳能的历史和现状。 （4）理解太阳辐射和太阳常数。 （5）学会用DIS温度传感器，探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。 （6）学会使用一些基本的太阳能系列产品，并在此基础上进行小制作、小改造或小发明。 （7）初步学会完成对各种实验表格的设计与填写，并能完成课题报告的撰写。 【教学重点】：（1）增强开发新能源、节约能源和保护环境的意识。 （2）太阳能利用的相关知识。 （3）探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。 【教学难点】：（1）运用利用太阳能的有关知识进行小制作、小改造和小发明。 （2）理解太阳辐射和太阳常数。 （3）了解认同自然过程的方向性 【考点链接】 主题 学习内容 学习 水平 说 明 内能 能的转化和能量守恒定律 能的转化的方向性 能源开发 太阳能的利用 A 情景引入 澳大利亚预建“太阳塔”。那么人们为什么要投入巨大的人力和物力建造“太阳塔”呢？ 突出两点意见：①世界面临能源危机；②使用新能源可以减少对环境的污染。 【知识梳理】 一、能源及能源的种类 1. 能源：能够提供可利用能量的物质资源叫做能源。 物体由大量分子组成，分子在不停地做无规则的热运动。 2. 能源分类 类别 一次能源 二次能源 新能源 太阳能、核能、地热能、风能、潮汐能、海洋能 沼气 常规能源 煤炭、石油、天然气、水能、生物燃料 煤气、汽油、电能、酒精等 3. 世界能源的资源状况及消耗种类比例 能源 已探明储量 可开采年限 石油 1.36×1011t 30~40年 天然气 1.38×1014m3 50~60年 煤 2×1011t 约300年 我们可知我们面临着严峻的能源危机问题！ 二、 自然过程的方向性 之前我们学习了能量守恒定律，既然能量守恒，为什么还会有能源危机？ 例：在初中我们学过当物体升高或降低温度时，就要吸收或放出热量，并且热量计算的公式为：Q＝cmΔt，那么，现在我们计算一下这样一个问题：地球上有大量的海水，它的总质量约为1.4×1018t，如果这些海水的温度降低0.1℃，将要放出多少焦耳的热量？若三峡水电站一年发电量为500亿千瓦时，则相当于几个三峡水电站一年的发电量？（海水的c＝4.2×103J/kg℃） 解析： Q ＝ 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 J ＝ 5.8×1023J n ＝ 5×1010×103×3600(5.8×1023)≈ 3.2×106（个） 这相当于320多万个三峡水电站一年的发电量，且不违背能量守恒定律，为什么人们不去研究这种“新能源”呢？因为，在自然界中这样做是不可能的。 1. 热传递的方向性 问1：将一块烧红的铁块投入冷水中，会出现什么现象呢？ 现象：铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。 析：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。谁见过这样的现象：将烧红的铁块投入水中，结果铁块温度更高，水的温度更加低。… 也就是说，谁也没有见过：热量会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地”指的是没有任何外界的影响或帮助。 结论：热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其它变化。 问2：电工冰箱工作过程（热量从冰箱内的低温区传递到外界温度较高的空气中）的实际情况与上述说法是否矛盾？ 析：这是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。这个过程不是自发进行的，它引起了其他变化，即消耗了电源的电能。因此它与上述说法不矛盾。 2. 机械能和内能之间转化的方向性 一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后总要停下来，在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。有人提出这样一种设想，发明一种装置，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化。这是一个非常诱人的设想，这种设想并不违反能量守恒定律，如果真能造出这样的装置，那么，我们的“能源问题”也就解决了。 其实人们为制造这类装置作出了各种努力，最终是失败了。这类装置不可能制成，因为： 结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其它变化。 3. 其他过程的方向性 大量的事实表明，自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化确是受到限制的。这时如果要使变化了的事物重新回复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性。 三、 能量的耗散与退化 根据前面的讨论，我们知道将内能从物质中取出，使它转化为机械能时，总有一部分要散发到温度较低的环境中。只有部分内能成为有用的机械能，另一部分成了“废品”。从这个意义上说，内能是一种低品质的能。 1. 能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象，称为能量耗散。 例如：电池中的化学能转变成电能，电能又在灯泡中转成光能，光被墙壁吸收之后，变成周围环境的内能；火炉把屋子烤暖，这时高温物体的内能变成低温物体的内能。没有“外界的帮助”这些散失的能量永无法重复利用。 四、 能源的利用 资料一 各种交通工具的效率 交通工具 人·公里/升 私家小轿车（平均乘坐1.15人） 7 商业航空飞机 14 合伙用车（平均乘坐4人） 25 公共汽车 32 城市间火车 60 步行 178* 自行车 642* *将食物的卡路里数折合汽油容积 资料2 一辆在高速公路上匀速行驶的小汽车内典型的能量流动 面对当前的能源危机问题，我们应当节能，同时利用科技进步提高能源利用率。 五、能源与环境 常规能源的大量消耗带来了诸多环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾…… 解决常规能源带来的环境问题，要靠新能源的开发和利用。 六、太阳能 1. 含义：太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。 2. 太阳辐射与太阳常数 （1）太阳辐射能和到达地球的太阳能 整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达37.3×106兆焦，相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。 太阳辐射到达地球陆地表面的能量，大约为17万亿千瓦，仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。即使这样，它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。 （2）太阳常数 太阳常数是指在太阳地球间平均距离外，在地球大气层以上垂直于太阳光线的平面上，单位面积，单位时间内的太阳辐射能的数值，该数值是个常数，一般取1367瓦/米2。 由于通过地球外大气层吸收反射，太阳光到达地面的辐射强度大大降低。 3. 太阳能特点 （1）优点：①数量巨大 ②时间长久 ③普照大地 ④清洁安全 （2）缺点：①分散性 ②间断性和不稳定性 ③效率低和成本高 4. 太阳能的利用途径 （1）光－热转换 如：地膜、大棚、温室 （2）光－电转换 （3）光－化学转换 （4）光—生物质转换 5. 太阳能利用所涉及的技术问题 （1）太阳能采集 （2）太阳能转换 （3）太阳能贮存 （4）太阳能输运 【知识窗】 太阳能的故事 　　永据报载，我国太阳热水器生产量达2600万平方米，推广太阳能发电19兆瓦。在煤、石油、天然气等“黑色能源”造成的环境问题日益严重的今天，人们越来越关注无污染的太阳能。 其实，太阳光这东西，到处都有，谁也禁运不了，这个取之不尽、用之不竭的天赐良“源”，自古以来就受到人们的关注，人类在利用太阳能方面演绎出一个又一个故事。 火烧战船和太阳能电站： 据说，在2200多年前，　古罗马帝国派舰队攻打地中海西西里岛东部的锡腊库扎。当时年已70多岁的希腊著名物理学家阿基米德也在岛上，阿基米德虽无高强武世，却有一个聪明能干的头脑，他懂得太阳有威力。于是，他发动全城的妇女拿着自己锃亮的铜镜来到海岸边。烈日当空，阿基米德举起一面镜子，让它反射的日光恰恰射到敌舰的船帆上。不计其数的妇女按照阿基米德的要求，都把镜子的反射光投到了船帆上。没用多时，舰船起火，罗马人大败而归。 对于阿基米德利用阳光摧毁敌舰这个传说，其后许多科学家进行了验证，1747年，法国哲学家布韦利用154面反射镜集中阳光，使77米外的木炭和硫磺等易燃物冒起了熊熊火焰。1973年，希腊科学家萨卡斯模仿阿基米德的方法做了实验。在一个晴朗的日子，他使用的不是梳妆镜，而是金光锃亮的金属盾牌，70面盾牌反射的太阳光，不一会儿使50米外的一艘45米长的木船起火了。 在火烧战船传说的直接启发下，1980年西西里岛卡塔尼亚省政府在欧洲共同体9个成员国共同投资下在阿德拉镇建造了一个太阳能发电站，使得在当年阿基米德火烧战船的地方形成一片玻璃镜的海洋，180面特大玻璃镜“组成”了总面积达6200多平方米的巨大广场。由它们反射的阳光都自动聚集到广场中心的中央塔上，塔顶接收器接收太阳光，加热锅炉里的水产生高达500℃、64个大气压的高温高压蒸汽，推动涡轮机发电，它的发电能力达1000千瓦。从那以后，世界上不少国家相继建立了太阳能电站。 凹面神镜和太阳能炉： 关于阿基米德火烧战船，还有另一种说法。　说他当时在墙上，立了一面很大的、经过精细打磨的金属凹面镜。它把太阳光的焦点准确地定在敌船上，过了一会儿，木船就起火燃烧起来了。前面提到的妇女们拿着的无数面铜镜把阳光照射到敌船特定的位置上，实际上也就相当于一个巨大的凹面镜，都是把阳光汇集到一点上，两种说法的作用是一样的。 不管阿基米德“取天火神镜”的故事是否事实，但是凹面镜捕捉太阳能的“神功”在以后得到了充分的验证。在那之后大约900年，法国科学家比丰制造了一面凹面镜，成功地点燃了距离镜子45米远的木头，并烧化了距离镜子42米远的铅。 应该说，世界上最早用太阳能来熔炼金属的人是18世纪的法国科学家拉瓦锡。他制成许多透镜并组成一个太阳能炉，使不少金属，包括熔点达1773℃的铂都熔化了。 一直从事太阳能利用的法国科学家特朗比为了增加太阳能的温度，在1947年成功地把军用控照灯用的反射镜用在太阳能炉上，并于1952年在蒙特路易的比利牛斯山上建立了世界范围第一个功率达75千瓦的大型太阳能冶炼炉。70年代，他又在距蒙特路易市的奥代罗镇建了一个功率达1000千瓦的太阳能炉，它像一座多屋大楼，整个北