高一物理培優(yōu)人教版必修2課件 第七章第十節(jié)《能量守恒定律與能源》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第十節(jié)能量守恒定律與能源 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 明確能量守恒的含義 2 知道能源的合理利用及能量耗散的概念 3 了解能源與人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系 知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義 重點(diǎn)難點(diǎn) 對(duì)能量守恒定律的理解 易錯(cuò)問(wèn)題 誤認(rèn)為能量耗散與能量守恒相矛盾 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 一 能量守恒定律1 定律內(nèi)容 能量既不會(huì)消滅 也不會(huì)創(chuàng)生 它只會(huì)從一種形式 為其他形式 或者從一個(gè)物體 到另一個(gè)物體 而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中 能量的 保持不變 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 總量 2 定律發(fā)現(xiàn)的意義 1 它是最普遍 最重要 最可靠的自然規(guī)律之一 2 它是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式 二 能源和能量耗散1 人類(lèi)利用能源大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期 時(shí)期 時(shí)期 時(shí)期 2 煤炭和石油資源有限 同時(shí) 大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染空氣 改變了大氣成 柴薪 煤炭 石油 分 和 已經(jīng)成為關(guān)系到人類(lèi)社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)題 3 燃料燃燒時(shí)把自己的熱量釋放出去 電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 它又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化成 和 熱和光被其他物體吸收之后變成周?chē)h(huán)境的 我們無(wú)法把這些散失的能量收集起來(lái)重新利用 這種現(xiàn)象叫做能量的耗散 能源短缺 環(huán)境惡化 電能 內(nèi)能 光能 內(nèi)能 4 在能源的利用過(guò)程中 即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中 能量在數(shù)量上 但在可利用的品質(zhì)上 了 從便于利用的變成不便于利用的了 說(shuō)明 自然界的能量雖然守恒 但我們必須要節(jié)約能源 原因是我們用的很多能源如煤 石油 天然氣等都是非再生能源 并未減少 降低 說(shuō)明 自然界的能量雖然守恒 但我們必須要節(jié)約能源 原因是我們用的很多能源如煤 石油 天然氣等都是非再生能源 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)能量的進(jìn)一步理解1 概念 一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能量 如運(yùn)動(dòng)的物體可以推動(dòng)與其接觸的另一個(gè)物體一起向前運(yùn)動(dòng) 對(duì)被推動(dòng)的物體做功 說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體具有能量 又如流動(dòng)的河水 被舉高的重物 被壓縮的彈簧 高溫高壓氣體等都能對(duì)外做功 因此都具有能量 2 形式 能量有各種不同的形式 運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能 被舉高的重物具有重力勢(shì)能 發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢(shì)能 另外還有內(nèi)能 化學(xué)能 電能 光能 太陽(yáng)能 風(fēng)能 潮汐能 原子能等不同形式的能 3 能量的轉(zhuǎn)化 各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 而且在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中總量保持不變 也就是說(shuō)當(dāng)某個(gè)物體的能量減少時(shí) 一定存在其 他物體的能量增加 且減少量一定等于增加量 當(dāng)某種形式的能量減少時(shí) 一定存在其他形式的能量增加 且減少量一定等于增加量 4 功是能量轉(zhuǎn)化的量度不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的 做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化 或轉(zhuǎn)移 的過(guò)程 且做了多少功 就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化 或轉(zhuǎn)移 因此 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 能量的變化必須通過(guò)做功才能實(shí)現(xiàn) 某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系 這就是功能關(guān)系 常見(jiàn)的力做功與能量轉(zhuǎn)化的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 1 重力做功 重力勢(shì)能與其他能相互轉(zhuǎn)化 2 彈力做功 彈性勢(shì)能與其他能相互轉(zhuǎn)化 3 合外力做功 動(dòng)能與其他能相互轉(zhuǎn)化 4 除重力 系統(tǒng)內(nèi)彈力外 其他力做功 機(jī)械能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化 二 對(duì)功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1 功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系 1 力在一個(gè)過(guò)程中對(duì)物體所做的功 等于物體在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的變化 W Ek2 Ek1 即動(dòng)能定理 2 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能保持不變 3 只要重力對(duì)物體做功 物體的重力勢(shì)能一 定變化 重力勢(shì)能的變化只跟重力做功有關(guān) WG Ep1 Ep2 4 重力和彈簧彈力之外的力對(duì)物體做的功WF 等于物體機(jī)械能的變化 WF E末 E初上述關(guān)系是我們本章遇到的功和能的關(guān)系 若只涉及動(dòng)能的變化用動(dòng)能定理 如果只涉及重力勢(shì)能的變化用WG Ep1 Ep2 如果涉及機(jī)械能變化用WF E末 E初 2 用能量守恒解題的基本步驟 1 分清多少種形式的能 如機(jī)械能 熱能 電能等 在變化 2 分別列出減少的能量 E減和增加的能量 E增的表達(dá)式 3 列式求解 課堂互動(dòng)講練 指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況 1 植物的光合作用 2 雨天時(shí)發(fā)生雷電 3 人在跑步時(shí) 身體發(fā)熱 4 手搖發(fā)電機(jī)發(fā)電使燈泡發(fā)光 5 風(fēng)吹動(dòng)帆船前進(jìn) 思路點(diǎn)撥 物體間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移時(shí) 能量的形式不變 而發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化時(shí) 能量的形式會(huì)發(fā)生改變 在確定能量轉(zhuǎn)化的方向時(shí) 可從消耗什么能 得到什么能進(jìn)行比較確定 解析 1 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 2 電能轉(zhuǎn)化為聲能 光能和內(nèi)能 3 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 內(nèi)能 4 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 電能又轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能 5 風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)移給帆船 答案 見(jiàn)解析 1 2010年上海高一檢測(cè) 下列說(shuō)法正確的是 A 隨著科技的發(fā)展 永動(dòng)機(jī)是可以制成的B 太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量 但照射到宇宙空間的能量都消失了C 既要馬兒跑 又讓馬兒不吃草 違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律 因而是不可能的 D 有種 全自動(dòng) 手表 不用上發(fā)條 也不用任何形式的電源 卻能一直走動(dòng) 說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析 選C 科技再發(fā)達(dá)也要受自然規(guī)律的制約 永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 A錯(cuò) 太陽(yáng)輻射到星際空間的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能 但不會(huì)消失 B錯(cuò) 全自動(dòng) 手表內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的 當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí) 使擺錘不停擺動(dòng) 給游絲彈簧補(bǔ)充能量 才會(huì)使表走動(dòng) D錯(cuò) 某地平均風(fēng)速為5m s 已知空氣密度是1 2kg m3 有一風(fēng)車(chē) 它的車(chē)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面 如果這個(gè)風(fēng)車(chē)能將圓面內(nèi)10 的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?則該風(fēng)車(chē)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大 解析 在t時(shí)間內(nèi)作用于風(fēng)車(chē)的氣流質(zhì)量m r2vt 這些氣流的動(dòng)能為 1 2 mv2 轉(zhuǎn)變成的電能E 1 2 mv2 10 所以風(fēng)車(chē)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的功率為P E t 1 2 r2 0v3 10 代入數(shù)據(jù)得P 3 4kW 答案 3 4kW 點(diǎn)評(píng) 構(gòu)建一個(gè)氣流圓柱體模型是關(guān)鍵 正是這些氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的 2 照射在每平方米地面上的太陽(yáng)能的平均功率 晝夜平均值 是200W 平均每個(gè)家庭消耗的電功率為1000W 若每塊光電池的面積為0 5m2 轉(zhuǎn)化效率為20 則每戶(hù)家庭需多少塊光電池 才能保證正常的生活使用 2010年遼寧聯(lián)考 圖7 10 1所示 質(zhì)量為m的小鐵塊A以水平速度v0沖上質(zhì)量為M 長(zhǎng)為l置于光滑水平面C上的木板B 正好不從木板上掉下 已知A B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 此時(shí)木板對(duì)地位移為x 求這一過(guò)程中 解析 設(shè)需要n塊光電池 則有n 1000 200 0 5 20 50塊 答案 50塊 圖7 10 1 1 木板增加的動(dòng)能 2 小鐵塊減少的動(dòng)能 3 系統(tǒng)機(jī)械能的減少量 4 系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 思路點(diǎn)撥 在此過(guò)程中摩擦力做功的情況是 A和B所受摩擦力分別為F1 F2 且F1 F2 mg A在F1的作用下勻減速運(yùn)動(dòng) B在F2的作用下勻加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)A滑動(dòng)到B的右端時(shí) A B達(dá)到相同的速度v 正好不掉下 解析 1 對(duì)B根據(jù)動(dòng)能定理得 mgx 1 2 Mv2 0 從上式可知 EkB mgx 2 滑動(dòng)摩擦力對(duì)小鐵塊A做負(fù)功 根據(jù)功能關(guān)系可知 EkA mg x l 即小鐵塊減少的動(dòng)能為 EkA 1 2 mv02 1 2 mv2 mg x l 3 系統(tǒng)機(jī)械能的減少量為 E 1 2 mv02 1 2 mv2 1 2 Mv2 mgl 4 m M相對(duì)位移為l 根據(jù)能量守恒得 Q mgl 答案 見(jiàn)解析 點(diǎn)評(píng) 通過(guò)本題可以看出摩擦力做功可從以下兩個(gè)方面理解 1 相互作用的靜摩擦力 如果一個(gè)力做正功 另一個(gè)力一定做負(fù)功 并且量值相等 即一對(duì)靜摩擦力做功不會(huì)產(chǎn)生熱量 2 相互作用的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和一定為負(fù)值 即一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的結(jié)果總是使系統(tǒng)的機(jī)械能減少 減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 Q F滑 s相 其中F滑必須是滑動(dòng)摩擦力 s相必須是兩個(gè)接觸面相對(duì)滑動(dòng)的距離 或相對(duì)路程 3 物體在地面附近以3m s2的加速度勻減速上升 則物體上升的過(guò)程中 物體機(jī)械能的變化是 A 不變B 增加C 減少D 無(wú)法判斷 解析 選B 由物體以3m s2的加速度減速上升可知 物體上升過(guò)程中除受重力外 還受到了向上的力 該力對(duì)物體做正功 故機(jī)械能增加 B對(duì) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全