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 了解能源與人類生存和社會發(fā)展的關(guān)系 知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義 重點難點 對能量守恒定律的理解 易錯問題 誤認(rèn)為能量耗散與能量守恒相矛盾 基礎(chǔ)知識梳理 一 能量守恒定律1 定律內(nèi)容 能量既不會消滅 也不會創(chuàng)生 它只會從一種形式 為其他形式 或者從一個物體 到另一個物體 而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中 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 人類利用能源大致經(jīng)歷了三個時期 時期 時期 時期 2 煤炭和石油資源有限 同時 大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時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)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題 3 燃料燃燒時把自己的熱量釋放出去 電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成 和 熱和光被其他物體吸收之后變成周圍環(huán)境的 我們無法把這些散失的能量收集起來重新利用 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 在能源的利用過程中 即在能量的轉(zhuǎn)化過程中 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 核心要點突破 一 對能量的進一步理解1 概念 一個物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說這個物體具有能量 如運動的物體可以推動與其接觸的另一個物體一起向前運動 對被推動的物體做功 說明運動的物體具有能量 又如流動的河水 被舉高的重物 被壓縮的彈簧 高溫高壓氣體等都能對外做功 因此都具有能量 2 形式 能量有各種不同的形式 運動的物體具有動能 被舉高的重物具有重力勢能 發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢能 另外還有內(nèi)能 化學(xué)能 電能 光能 太陽能 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)化的過程中總量保持不變 也就是說當(dāng)某個物體的能量減少時 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 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)化是通過做功實現(xiàn)的 做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化 或轉(zhuǎn)移 的過程 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做功才能實現(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 常見的力做功與能量轉(zhuǎn)化的對應(yīng)關(guān)系如下 1 重力做功 重力勢能與其他能相互轉(zhuǎn)化 2 彈力做功 彈性勢能與其他能相互轉(zhuǎn)化 3 合外力做功 動能與其他能相互轉(zhuǎn)化 4 除重力 系統(tǒng)內(nèi)彈力外 其他力做功 機械能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化 二 對功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1 功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系 1 力在一個過程中對物體所做的功 等于物體在這個過程中動能的變化 W Ek2 Ek1 即動能定理 2 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機械能保持不變 3 只要重力對物體做功 物體的重力勢能一 定變化 重力勢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物體做的功WF 等于物體機械能的變化 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 若只涉及動能的變化用動能定理 如果只涉及重力勢能的變化用WG Ep1 Ep2 如果涉及機械能變化用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增的表達式 3 列式求解 課堂互動講練 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 雨天時發(fā)生雷電 3 人在跑步時 身體發(fā)熱 4 手搖發(fā)電機發(fā)電使燈泡發(fā)光 5 風(fēng)吹動帆船前進 思路點撥 物體間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移時 能量的形式不變 而發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化時 能量的形式會發(fā)生改變 在確定能量轉(zhuǎn)化的方向時 可從消耗什么能 得到什么能進行比較確定 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)化為動能 內(nèi)能 4 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能 機械能轉(zhuǎn)化為電能 電能又轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能 5 風(fēng)的機械能轉(zhuǎn)移給帆船 答案 見解析 1 2010年上海高一檢測 下列說法正確的是 A 隨著科技的發(fā)展 永動機是可以制成的B 太陽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 手表 不用上發(fā)條 也不用任何形式的電源 卻能一直走動 說明能量可以憑空產(chǎn)生解析 選C 科技再發(fā)達也要受自然規(guī)律的制約 永動機是不可能制成的 A錯 太陽輻射到星際空間的能量會轉(zhuǎn)化為其他形式的能 但不會消失 B錯 全自動 手表內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的 當(dāng)人戴著手表活動時 使擺錘不停擺動 給游絲彈簧補充能量 才會使表走動 D錯 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 它的車葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為12m的圓面 如果這個風(fēng)車能將圓面內(nèi)10 的氣流動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?則該風(fēng)車帶動的發(fā)電機功率是多大 解析 在t時間內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量m r2vt 這些氣流的動能為 1 2 mv2 轉(zhuǎn)變成的電能E 1 2 mv2 10 所以風(fēng)車帶動發(fā)電機的功率為P E t 1 2 r2 0v3 10 代入數(shù)據(jù)得P 3 4kW 答案 3 4kW 點評 構(gòu)建一個氣流圓柱體模型是關(guān)鍵 正是這些氣流的動能轉(zhuǎn)化為電能的 2 照射在每平方米地面上的太陽能的平均功率 晝夜平均值 是200W 平均每個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間的動摩擦因數(shù)為 此時木板對地位移為x 求這一過程中 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 木板增加的動能 2 小鐵塊減少的動能 3 系統(tǒng)機械能的減少量 4 系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 思路點撥 在此過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的作用下勻減速運動 B在F2的作用下勻加速運動 當(dāng)A滑動到B的右端時 A B達到相同的速度v 正好不掉下 解析 1 對B根據(jù)動能定理得 mgx 1 2 Mv2 0 從上式可知 EkB mgx 2 滑動摩擦力對小鐵塊A做負(fù)功 根據(jù)功能關(guān)系可知 EkA mg x l 即小鐵塊減少的動能為 EkA 1 2 mv02 1 2 mv2 mg x l 3 系統(tǒng)機械能的減少量為 E 1 2 mv02 1 2 mv2 1 2 Mv2 mgl 4 m M相對位移為l 根據(jù)能量守恒得 Q mgl 答案 見解析 點評 通過本題可以看出摩擦力做功可從以下兩個方面理解 1 相互作用的靜摩擦力 如果一個力做正功 另一個力一定做負(fù)功 并且量值相等 即一對靜摩擦力做功不會產(chǎn)生熱量 2 相互作用的一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和一定為負(fù)值 即一對滑動摩擦力做功的結(jié)果總是使系統(tǒng)的機械能減少 減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 Q F滑 s相 其中F滑必須是滑動摩擦力 s相必須是兩個接觸面相對滑動的距離 或相對路程 3 物體在地面附近以3m s2的加速度勻減速上升 則物體上升的過程中 物體機械能的變化是 A 不變B 增加C 減少D 無法判斷 解析 選B 由物體以3m s2的加速度減速上升可知 物體上升過程中除受重力外 還受到了向上的力 該力對物體做正功 故機械能增加 B對 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全