2018-2019高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.10 能量守恒定律與能源課件 新人教版必修2.ppt

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1、10.能量守恒定律與能源,一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒,機(jī)械能可與_________的能相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中, 能的_____是不變的。,其他形式,總量,二、功與能的關(guān)系 1.起重機(jī)鋼繩的拉力對(duì)重物做了多少功,就表示有多少 _____轉(zhuǎn)化為_(kāi)______。 2.拋球時(shí)人對(duì)球做了多少功,人體內(nèi)就有多少_____能 轉(zhuǎn)化為皮球的_______。 3.結(jié)論:___是能量轉(zhuǎn)化的量度。,電能,機(jī)械能,化學(xué),機(jī)械能,功,三、能源與能量耗散 在能量的___________過(guò)程中,能的總量是守恒的,但能 量的_____卻降低了,即可被人_________的能減少了。 能量耗散反映了能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)程具有_____

2、__。能 源的利用是有_____的,也是有_____的,所以自然界的 能量雖然守恒,但還是很有必要節(jié)約能源。,轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,品質(zhì),直接利用,方向性,條件,代價(jià),【思考辨析】 (1)利用能源的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量的消失過(guò)程。 () (2)“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律,因而是不可能的。(),(3)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性。() (4)一座城市的能量耗散使其環(huán)境溫度略高于周?chē)r(nóng)村的環(huán)境溫度。(),提示:(1)。利用能源的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程,在能源的利用過(guò)程中能量是耗散的。 (2)。要運(yùn)動(dòng),必須消耗能量,運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源是食物中儲(chǔ)存的化學(xué)能。 (

3、3)。能量耗散是不可避免的,但是能量耗散也遵守能量守恒定律。,(4)。城市工業(yè)、交通急劇發(fā)展使得城市過(guò)多接收了耗散的能量,使城市溫度升高。,一能量守恒定律 考查角度1 能量守恒定律的理解 【典例1】(多選)行駛中的汽車(chē)制動(dòng)后滑行一段距離,最后停下;流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰;降落傘在空中勻速下降。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是(),A.物體克服阻力做功 B.物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C.物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D.物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,【解析】選A、D。三個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都受到阻力,汽車(chē)主要受到制動(dòng)阻力,流星、降落傘受到空氣阻力,因而物體都克服阻力

4、做功,A對(duì);三個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,汽車(chē)是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能,流星、降落傘是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能,總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,D對(duì)。,【核心歸納】 1.能量守恒定律: (1)內(nèi)容:能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。,(2)意義。 確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性; 發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。,2.能源與能量耗散: (1)能量耗散表明,在能源的利用過(guò)程中,能量在數(shù)量上雖未減少,但在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成不便于利用的了。 (2)能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然

5、界中宏觀過(guò)程的方向性。,【易錯(cuò)提醒】 (1)某種形式的能量減少,一定存在其他形式的能量增加,且減少量和增加量一定相等。 (2)某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。,考查角度2 能量守恒定律的應(yīng)用 【典例2】如圖所示,傳送帶保持v=4 m/s的速度水平勻速運(yùn)動(dòng),將質(zhì)量為1 kg的物塊無(wú)初速度地放在A端,若物塊與皮帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,A、B兩端相距6 m,則物塊從A到B 的過(guò)程中,皮帶摩擦力對(duì)物塊所做的功為多少?產(chǎn)生的摩擦熱又是多少?(g取10 m/s2),【正確解答】物塊與皮帶間的摩擦力 Ff=FN=mg=0.2110 N=2 N。 由牛頓第二定律得物塊

6、加速度 a= m/s2=2 m/s2。 物塊速度達(dá)到4 m/s時(shí)需發(fā)生位移 l= =4 m<6 m,,即物塊在到達(dá)B端之前就已達(dá)到最大速度4 m/s,后與傳 送帶一起勻速運(yùn)動(dòng),不再發(fā)生滑動(dòng)。 皮帶摩擦力對(duì)物塊所做的功等于物塊動(dòng)能的增加量,即 W=Ek= mv2= 142 J=8 J。 物塊滑動(dòng)過(guò)程中與傳送帶的相對(duì)距離 l相=,所以產(chǎn)生的摩擦熱為 Q=mgl相=0.21104 J=8 J。 答案:8 J8 J,【核心歸納】 1.表達(dá)式: (1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。 (2)E增=E減,能量的增加量等于能量的減少量。,2.應(yīng)用步驟: (1)明確研究對(duì)象及研

7、究過(guò)程。 (2)明確該過(guò)程中,哪些形式的能量在變化。 (3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中,哪些能量增加,哪些能量減少。,(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)。,【易錯(cuò)提醒】 (1)應(yīng)用能量守恒定律分析求解實(shí)際問(wèn)題時(shí),要分清有多少形式的能(如動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能等)在變化。 (2)對(duì)減少的某種能量,要追蹤它的去向;對(duì)增加的能量,要能查尋它的來(lái)源。按照“總的減少量=總的增加量”列出方程。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)從光滑斜面上滾下的物體,最后停止在粗糙的水平面上,說(shuō)明() A.在斜面上滾動(dòng)時(shí),只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 B.在斜面上滾動(dòng)時(shí),有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C.在水平

8、面上滾動(dòng)時(shí),總能量正在消失 D.在水平面上滾動(dòng)時(shí),機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,總能量守恒,【解析】選A、D。在斜面上滾動(dòng)時(shí),只有重力做功,只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化;在水平面上滾動(dòng)時(shí),有摩擦力做功,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,總能量是守恒的。,2.如圖所示,一個(gè)粗細(xì)均勻的U形管內(nèi)裝有 同種液體,液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋 板A密閉,兩邊液面高度差為h,U形管內(nèi)液 體的總長(zhǎng)度為4h,拿去蓋板,液體開(kāi)始運(yùn)動(dòng),由于管壁的阻力作用,最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動(dòng),則該過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能為(),【解析】選A。去掉右側(cè)蓋板之后,液體向左側(cè)流動(dòng),最終兩側(cè)液面相平,液體的重力勢(shì)能減少,減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示。,最終狀態(tài)可等效為

9、右側(cè) h的液柱移到左側(cè)管中,即增 加的內(nèi)能等于該液柱減少的重力勢(shì)能,則Q= 故A正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.在最近幾年的空調(diào)市場(chǎng)上出現(xiàn)一個(gè)新寵變頻空 調(diào),據(jù)專(zhuān)家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能,因?yàn)槎l空 調(diào)開(kāi)機(jī)時(shí)就等同于汽車(chē)啟動(dòng)時(shí),很耗能,是正常運(yùn)行的 57倍?？照{(diào)在工作時(shí)達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī),等溫度高 了再繼續(xù)啟動(dòng)。這樣的頻繁啟動(dòng),耗電多,而變頻空調(diào),啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)由低到高的過(guò)程,而運(yùn)行過(guò)程是自動(dòng)變速來(lái)保持室內(nèi)溫度,從開(kāi)機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī),而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)行,所以比較省電。閱讀上述介紹后,探究以下說(shuō)法中合理的是(),A.變頻空調(diào)節(jié)能,運(yùn)行中不遵守能量守恒定律 B.變頻空調(diào)運(yùn)行中做

10、功少,轉(zhuǎn)化能量多 C.變頻空調(diào)在同樣工作條件下運(yùn)行效率高,省電 D.變頻空調(diào)與定頻空調(diào)做同樣功時(shí),消耗同樣電能,【解析】選C、D。自然界的一切過(guò)程都遵守能量守恒定律,A錯(cuò);功是能量轉(zhuǎn)化的量度,做同樣功,消耗同樣電能,B錯(cuò),D對(duì);由變頻空調(diào)的工作特點(diǎn)可知省電的原理是效率高,C對(duì)。,2.(2018成都高一檢測(cè))如圖所示,在輕彈簧 的下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的小球A,若將小球A 從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,小球A能夠下降 的最大高度為h。若將小球A換為質(zhì)量為2m的 小球B,仍從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,則小球 B下降h時(shí)的速度大小為(重力加速度為g,不計(jì) 空氣阻力) (),【解析】選B。將質(zhì)量為m的小球從彈

11、簧原長(zhǎng)位置由靜 止釋放到下降的最大高度h處,減少的重力勢(shì)能為mgh, 彈簧的彈性勢(shì)能為mgh;將質(zhì)量為2m的小球從彈簧原長(zhǎng) 位置由靜止釋放到下降的最大高度h處,減少的重力勢(shì) 能為2mgh,彈簧的彈性勢(shì)能仍為mgh,根據(jù)能量守恒,小 球B的動(dòng)能Ek=mgh,則小球B下降h時(shí)的速度大小為 , 故B正確。,二功能關(guān)系 考查角度1 功能關(guān)系的應(yīng)用 【典例1】 (2018全國(guó)卷)如圖, abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道,ab 水平,長(zhǎng)度為2R;bc是半徑為R的四分之一圓弧,與ab相 切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球,始終受到與重力大小相等,的水平外力的作用,自a點(diǎn)處從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)。重力加速度大小為g。小球從

12、a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn),機(jī)械能的增量為() A.2mgRB.4mgRC.5mgRD.6mgR,【解析】選C。設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn) 的速度大小為vc,小球由a到c的 過(guò)程,由動(dòng)能定理得:F3R-mgR = ,又F=mg,解得: =4gR。小球離開(kāi)c點(diǎn)后,在水 平方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向在重 力作用下做勻減速直線運(yùn)動(dòng),整個(gè)過(guò)程運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所 示,由牛頓第二定律可知,小球離開(kāi)c點(diǎn)后水平方向和,豎直方向的加速度大小均為g,則由豎直方向的運(yùn)動(dòng)可 知,小球從離開(kāi)c點(diǎn)到其軌跡最高點(diǎn)所需的時(shí)間t= , 小球在水平方向的位移為x= gt2,解得x=2R。小球從 a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)的過(guò)

13、程中,水平方向的位 移大小為x+3R=5R,則小球機(jī)械能的增加量E=F5R =5mgR。,【核心歸納】 常用的幾種功能關(guān)系,考查角度2 摩擦力做功與能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系 【典例2】如圖所示,一質(zhì)量為m= 1.5 kg的滑塊從傾角為=37 的斜面上自靜止開(kāi)始下滑,滑行 距離s=10 m后進(jìn)入半徑為R=9 m的光滑圓弧AB,其圓心 角為,然后水平滑上與平臺(tái)等高的小車(chē)。已知小車(chē),質(zhì)量為M=3.5 kg,滑塊與斜面及小車(chē)表面的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.35,地面光滑且小車(chē)足夠長(zhǎng),g取10 m/s2。(sin37=0.6,cos 37=0.8)求:,(1)滑塊在斜面上的滑行時(shí)間t1。 (2)滑塊脫離圓弧末端B點(diǎn)前,軌道

14、對(duì)滑塊的支持力大小。 (3)當(dāng)小車(chē)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),滑塊在車(chē)上滑行的距離s1。,【素養(yǎng)解讀】,【正確解答】(1)設(shè)滑塊在斜面上滑行的加速度為a,由牛頓第二定律,有mg(sin -cos )=ma, 又s= 解得:t1=2.5 s。,(2)滑塊在圓弧AB上運(yùn)動(dòng)過(guò)程,由機(jī)械能守恒定律有 +mgR(1-cos )= , 又vA=at1 由牛頓第二定律有FB-mg= 解得軌道對(duì)滑塊的支持力FB31.7 N。,(3)滑塊在小車(chē)上滑行時(shí)的加速度:a1=g=3.5 m/s2 小車(chē)的加速度:a2= g=1.5 m/s2 小車(chē)與滑塊達(dá)到共同速度時(shí)小車(chē)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng),滿(mǎn)足 vB-a1t2=a2t2 解得:t2

15、=2 s,故滑塊剛滑上小車(chē)的速度vB=10 m/s,最終同速時(shí)的速度v=3 m/s 由功能關(guān)系可得:mgs1= (m+M)v2 解得:s1=10 m。 答案:(1)2.5 s(2)31.7 N(3)10 m,【核心歸納】 1.兩種摩擦力做功的比較:,2.求解相對(duì)滑動(dòng)物體的能量問(wèn)題的方法: (1)正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,做好受力分析。 (2)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān)系及位移關(guān)系。 (3)公式Q=Ffl相對(duì)中l(wèi)相對(duì)為兩接觸物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路程。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)如圖所示,質(zhì)量為M、長(zhǎng)度 為L(zhǎng)的木板靜止在光滑的水平面上, 質(zhì)量為m的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))放在木板的最

16、左端,現(xiàn)用一水平恒力F作用在小物體上,使物體從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。已知物體和木板之間的摩擦力為Ff。當(dāng)物體滑到木板的最右端時(shí),木板運(yùn)動(dòng)的距離為x,則在此過(guò)程中(),A.物體到達(dá)木板最右端時(shí)具有的動(dòng)能為(F-Ff)(L+x) B.物體到達(dá)木板最右端時(shí),木板具有的動(dòng)能為Ffx C.物體克服摩擦力所做的功為FfL D.物體和木板系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能為Ffx,【解析】選A、B。物體受到重力、支持力、拉力和摩擦力,根據(jù)動(dòng)能定理,有Ek=(F-Ff)(L+x),故A正確;木板受到重力、壓力、支持力和摩擦力,根據(jù)動(dòng)能定理,有Ek=Ffx,故B正確;物體在摩擦力作用下前進(jìn)的距離為L(zhǎng)+x,物體克服摩擦力所做的功

17、為W克=Ff(L+x),故C錯(cuò)誤;根據(jù)功能關(guān)系,小物體和木板系統(tǒng)增加的內(nèi)能等于它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)克服摩擦力做的功,即等于Ff(L+x)-Ffx=FfL,故D錯(cuò)誤。,2.如圖所示,輕質(zhì)彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng),豎直固定在地面上,質(zhì)量為m的小球,在離地面高度為H處,由靜止開(kāi)始下落,正好落在彈簧上,使彈簧的最大壓縮量為x,在下落過(guò)程中,小球受到的空氣阻力為F阻,則彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能為(),A.(mg-F阻)(H-L+x) B.mg(H-L+x)-F阻(H-L) C.mgH-F阻(H-L) D.mg(L-x)+F阻(H-L+x),【解析】選A。設(shè)小球克服彈力做功為W彈, 則對(duì)小球應(yīng)用動(dòng)能定理得(mg-F阻)(H-

18、L+x)-W彈=Ek=0,所以,W彈=(mg-F阻)(H-L+x),即為彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能。,【拓展例題】考查內(nèi)容:傳送帶中摩擦力做功與生熱 【典例】(多選)三角形傳送帶以1 m/s 的速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),兩邊的傳送帶 長(zhǎng)都是2 m且與水平方向的夾角均為37?，F(xiàn)有兩個(gè) 小物塊A、B從傳送帶頂端都以1 m/s的初速度沿傳送 帶下滑,物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是0.5,g取 10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8。下列判斷正 確的是(),A.物塊A先到達(dá)傳送帶底端 B.物塊A、B同時(shí)到達(dá)傳送帶底端 C.傳送帶對(duì)物塊A、B均做負(fù)功 D.物塊A下滑過(guò)程系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量小于B

19、下滑過(guò)程系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量,【正確解答】選B、C、D。對(duì)A,因?yàn)閙gsin37 mgcos37,則A物塊所受摩擦力沿斜面向上,向下做 勻加速直線運(yùn)動(dòng),B物塊所受摩擦力沿斜面向上,向下做 勻加速直線運(yùn)動(dòng),兩物塊勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度相等, 位移相等,則運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等。故A錯(cuò)誤,B正確。傳送 帶對(duì)A的摩擦力方向始終與速度方向相反,傳送帶對(duì)物,塊A、B均做負(fù)功,所以C選項(xiàng)是正確的;對(duì)A,劃痕的長(zhǎng)度等于A的位移減去傳送帶的位移,以A為研究對(duì)象,由牛頓第二定律得:a=2 m/s2,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=1 s,所以皮帶運(yùn)動(dòng)的位移為x=vt=1 m。所以A對(duì)皮帶的劃痕為x1=2 m-1 m=1 m。對(duì)B,劃痕的長(zhǎng)度等于B的位移加上傳送帶的位移,同理得出B對(duì)皮帶的劃痕為x2=3 m。所以劃痕之比為13,所以D正確。,