7學(xué)年高中物理人教版必修2學(xué)案：13能量守恒定律與能源版含解析完美版

1、學(xué)案13能量守恒定律與能源學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確立的兩類重要事實.2.能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容，會用能量守恒的觀點分析、解釋一些實際問題.3.了解能量耗散，知道能源短缺和環(huán)境惡化問題，增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識.知i只儲備區(qū)_溫故漏本溯源把陣方可知新一、能量守恒定律1 .建立能量守恒定律的兩個重要事實：（i）確認(rèn)了永動機(jī)的不可能（選填“可能”或“不可能”）性.（2）發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化.2 .內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或 者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不

2、變3 .意義：能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)識自然的一次重大飛躍.它是最普遍、最重要、最 可靠的自然規(guī)律之一，而且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 .能源與人類社會：人類對能源的利用大致經(jīng)歷了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期3由一時期.自工業(yè)革命以來，煤和石油成為人類的主要能源.2 .能量耗散：燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新 利用.電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì) 吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能們無法把這些散失的能量收集起來重新利用.3 .能源危機(jī)的含義： 在能源的利用過程中， 即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，

3、 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.4 .能量轉(zhuǎn)化的方向性與節(jié)約能源的必要性：能量耗散反映了能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向 性.所以，能源的利用是有條件的，也是有代價的，所以自然界的能量雖然守恒，但還是很 有必要節(jié)約能源.學(xué)習(xí).探究區(qū)基礎(chǔ)自學(xué)落實童點互動探究一、能量守恒定律問題設(shè)計1 .在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中，重物帶著紙帶下落時，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少的重力勢能的值大于增加的動能的值，即機(jī)械能的總量在減少.原因就是存在紙帶和打點計時器之間的摩擦力和空氣的阻力等.是不是考慮了各種摩擦和阻力后這部分能量就消失了呢？答案 不是.它轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能以外的其他

4、形式的能量，除重力或彈力做功外，其他任何力對物體做功使物體的機(jī)械能增加或減少的過程，實質(zhì)上都是其他形式的能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化 的過程，在轉(zhuǎn)化的過程中，能的總量是不變的.這是大自然的一條普遍規(guī)律，而機(jī)械能守恒 定律只是這一條普遍規(guī)律的一種特殊情況.2 .請說明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的？(1)植物進(jìn)行光合作用.(2)放在火爐旁的冰融化變熱.(3)電流通過燈泡，燈泡發(fā)光.答案(1)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能.(2)內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰.(3)電能轉(zhuǎn)化為光能.要點提煉1 .能量守恒定律的理解某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等. 某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減

5、少量和增加量一定相等. 2 .能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看，Em=E終.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，AE增=AE減.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，AEa增=AEb減.二、能源和能量耗散問題設(shè)計既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？答案 在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能的總量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，即可被人 直接利用的能減少了.要點提煉1 .能源：指能夠提供可利用能量的物質(zhì)魚是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ).2 .能量耗散：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象.能量耗散表明，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)量上雖未減少, 但在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變

6、成不便于利用的了.這是能源危機(jī)的深層次的 含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因.(2)能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性三、功能關(guān)系的理解1 .功和能的關(guān)系可以從以下兩個方面來理解：(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化通過做功來實現(xiàn)，即做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程_(2)做了多少功就有多少能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，即能量轉(zhuǎn)化的多少可用做功的多少來量度.2 .常用的幾種功能關(guān)系功能的變化表達(dá)式重力做功正功重力勢能減少重力勢能變化Wg=一 AEp =Epi Ep2負(fù)功重力勢能增加彈力做功正功彈性勢能減少彈性勢能變化W正p=EP1 Ep2負(fù)功彈性勢能增

7、加合力做功正功動能增加動能變化W 合=AEk=E.一 Eki負(fù)功動能減少除重力（或系統(tǒng)內(nèi)彈 力）外其他力做功正功機(jī)械能增加機(jī)械能變化W其他=AE=E2 Ei負(fù)功機(jī)械能減少兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功內(nèi)能變化Ffx相對=Q注意 功和能的本質(zhì)不同，并且功和能也不能相互轉(zhuǎn)化，而只能是通過做功實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化.工典例通析一、對能量守恒定律的理解【例1】下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識正確的是（）A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)械一一永動機(jī)不可能制成D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了解

8、析 根據(jù)能量守恒定律可知，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失.能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，A、B對，D錯.永動機(jī)違背了能量守恒定律，故它不可能制造出來，C對.答案 ABC 二、能量守恒定律的應(yīng)用【例2】如圖1所示，一個粗細(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)液體的總長度為 4h,拿去蓋板，液體開始運(yùn)動， 由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為（）圖11B.gmgh1A. mgh11C.mghD./mgh解析 去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流動，最終兩側(cè)液面相平，液體的重

9、力勢能減少，減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右1111.8mg ?h= 16mgh,故A正確.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能，則答案 A三、對功能關(guān)系的理解及應(yīng)用【例3】如圖2所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動，將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端，小鐵塊與長木塊間的動摩擦因數(shù)為的當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對長木塊滑動L時與長木塊保持相對靜止，此時長木塊對地的位移為 1,求這個過程中(1)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；(2)小鐵塊增加的動能；(3)長木塊減少的動能；(4)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量.解析 畫出這一過程兩物體位移

10、示意圖，如圖所示.(1)m、M間相對滑動的位移為 L,根據(jù)能量守恒定律，有 Q =科mgL即摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量.1(2)根據(jù)動能定理有科m(g-L)=2mv 0,其中(1 L)為小鐵塊相對地面的位移，從上式可看出AEkm= m(l-L),說明摩擦力對小鐵塊做的正功等于小鐵塊動能的增加量.摩擦力對長木塊做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系，得AEkM = m mcgl即長木塊減少的動能等于長木塊克服摩擦力做的功m mgl(4)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功AE= mgL答案 (1)mgL (2)m0 L) (3) m mgl (4)科 mgL®課堂要點小結(jié)、能量守恒定律

11、的表達(dá)式E初=E終或AE增=AE減或 AEa增=AEb減、能源和能量耗散1 .能源：能夠提供可利用能量的物質(zhì).2 .能量耗散：指能量在轉(zhuǎn)化過程中，可利用的品質(zhì)降低.它反映出自然界中宏觀過程的方向 性.三、功能關(guān)系的理解1 .功是能量轉(zhuǎn)化的量度.2 .常用的幾種功能關(guān)系.自我*檢測區(qū)檢測學(xué)習(xí)效果體驗成功快樂1.（對能量守恒定律的理解）利用能源的過程實質(zhì)上是（）A.能量的消失過程B.能量的創(chuàng)造過程C.能量不守恒的過程D.能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移并且耗散的過程答案 D解析利用能源的過程實質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程，在能源的利用過程中能量是耗散的，A、B、C錯誤，D正確.2 .（能量守恒定律的應(yīng)用）一顆子彈以某

12、一速度擊中靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出， 對于這一過程，下列說法正確的是（）A .子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能B .子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量C.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和D.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動能與木塊和子彈增加的內(nèi)能之和答案 BD3 .（對功能關(guān)系的理解）某人將重物由靜止開始舉高 h,并使物體獲得速度 v,則下列說法中不 正硯的是（）A .物體所受合外力對它做的功等于物體動能的增加B .此人對物體做的功等于物體動能和重力勢能的增加量C.物體所受合外力做的功等于物體動能和重力勢能的增加量D.克服重力做的功等于物

13、體重力勢能的增加量答案 C解析 由動能定理知，合外力做的功等于物體動能的改變量，故A正確，C錯誤；人給物體的力對物體做的功等于物體機(jī)械能的改變量， B正確；重力做負(fù)功，克服重力做的功等于物體 重力勢能的增加量，D正確.4 .（功能關(guān)系的應(yīng)用）如圖3所示，斜面的傾角為 依質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為S0, 滑塊以初速度 V0沿斜面上滑，滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為內(nèi)滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力.若滑塊每次與擋板相碰均無機(jī)械能損失，求滑塊經(jīng)過的總路程.2答案a + Sotan 0）Mgcos 0/解析 滑塊最終要停在斜面底部，設(shè)滑塊經(jīng)過的總路程為s,對滑塊運(yùn)動的全程應(yīng)用能量守恒定律，全程

14、所產(chǎn)生的熱量為八 12 Q = 2mv0+mgsosin 0又因為全程產(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力所做的功，即Q=mgsos 02解以上兩式可得s=%2gCh + s0 tan 0）.40分鐘課時作業(yè)題組一對能量守恒定律的理解1.下列說法正確的是（）A.隨著科技的發(fā)展，永動機(jī)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，說明能量是 可以憑空產(chǎn)生的答案 C解析 永動機(jī)是指不消耗或少消耗能量而可以大量對外做功的裝置，

15、歷史上曾出現(xiàn)過各式各樣的所謂永動機(jī)的發(fā)明，結(jié)果都以失敗告終，原因就是違背了能量守恒定律.人類只能發(fā)現(xiàn)規(guī)律、利用規(guī)律，但絕不可以創(chuàng)造規(guī)律、改變規(guī)律、違背規(guī)律行事，既使以后科技再發(fā)達(dá)，也要受自然規(guī)律的制約， 所以永動機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制成的，A錯.太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極小的一部分，就形成了風(fēng)、云、雨、雪，使萬物生長，但輻射到宇宙空間的能量也沒有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯.馬和其他動物，包括人，要運(yùn)動，必須消耗能量，運(yùn)動的能量來源是食物中儲存的化學(xué)能，C對.所謂“全自動”手表內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，一般是一個擺錘，當(dāng)人戴著手表活動時，擺錘不停擺動，給游絲彈簧補(bǔ)充能量，維持手表的走動

16、，如果把這種表放在桌面上靜置多天，它一定會停擺的，D錯.故選C.2 .市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子（如圖1所示）.在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動,能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽.該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是（）太陽能電池板圖1A.太陽能一電能一機(jī)械能B.太陽能一機(jī)械能一電能 C.電能一太陽能一機(jī)械能 D.機(jī)械能一太陽能一電能 答案 A解析 電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能，小電動機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.3 .行駛中的汽車制動后滑行一段距離，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程是（）A.物體克服阻力做功B.物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C.

17、物體的勢能轉(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 答案 AD 解析 三個現(xiàn)象中物體運(yùn)動過程中都受到阻力，汽車主要受到制動阻力，流星、降落傘受到 空氣阻力，因而物體都克服阻力做功， A對；三個物體運(yùn)動過程中， 汽車是動能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能， 流星、降落傘是重力勢能轉(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.4 .在最近幾年的空調(diào)市場上出現(xiàn)一個新寵一一變頻空調(diào)，據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能，因為定頻空調(diào)開機(jī)時就等同于汽車啟動時，很耗能，是正常運(yùn)行的57倍.空調(diào)在工作時達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，等溫度高了再繼續(xù)啟動.這樣的頻繁啟動，耗電多，而變頻空調(diào)啟 動時有一個由低到高的

18、過程，而運(yùn)行過程是自動變速來保持室內(nèi)溫度，從開機(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，消耗同樣電能 答案 CD解析 自然界的一切過程都遵守能量守恒定律，A錯.功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做同樣功，消耗同樣電能，B錯，D對.由變頻空調(diào)的工作特點可知省電的原理是效率高，C對.題組二對能源的開發(fā)與利用的理解5 .關(guān)于能源的利用，下列說法不正碰.的是（）A.自然界的能量守恒，所

19、以不需要節(jié)約能源B . 一座城市的能量耗散使其環(huán)境溫度略高于周圍農(nóng)村的環(huán)境溫度C.煤炭和石油產(chǎn)品燃燒會造成空氣污染和溫室效應(yīng)D.能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的答案 A解析 自然界的能量守恒，但能量在利用過程中，可利用的品質(zhì)在逐漸降低，因此，必須節(jié)約能源，A錯，C、D對.城市工業(yè)、交通急劇發(fā)展使得城市過多接收了耗散的能量，使城市 溫度升高，B對.故選A.6 .關(guān)于能源的開發(fā)和節(jié)約，你認(rèn)為以下觀點錯誤.的是（）A.能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B.根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C.能源的開發(fā)利用，必須要同時考慮對環(huán)境的影

20、響D.和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項有效途徑答案 B解析 雖然能量守恒，但由于能量耗散現(xiàn)象的存在，可利用能源仍存在減少問題，故要節(jié)約 能源和開發(fā)新能源.7 .關(guān)于能量耗散，下列說法中正確的是（）A.能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了8 .能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上越來越少D.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性 答案 D解析 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，故選D.題組三對功能關(guān)系的理解8 .將質(zhì)量為m的小球在距地面高度為 h處拋出.拋出時的速度大小為 V0,小球落到地面

21、時的 速度大小為2V0.若小球受到的空氣阻力不能忽略， 則對于小球下落的整個過程中， 下列說法正 確的是（）A .小球克服空氣阻力做的功小于mghB .重力對小球做的功等于 mgh 2C.合外力對小球做的功小于 mv02D .合外力對小球做的功等于 mv0答案 AB解析 由題意可知，小球落地時的速度比拋出時大，即從拋出到落地的過程中，動能變大了.根據(jù)動能定理 W合=AEk,則W合>0,即重力所做的功大于阻力所做的功.而這個過程中重力對 小球做的功為 WG=mgh,所以A、B正確.從拋出到落地的過程中，合外力做的功等于小球動能的變化量，即 W合=2m(2vo)22mv2 = 3mv0>

22、;mv0,故C、D均錯.9 .懸崖跳水是一項極具挑戰(zhàn)性的極限運(yùn)動，需要運(yùn)動員具有非凡的膽量和過硬的技術(shù).跳水 運(yùn)動員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動，設(shè)質(zhì)量為m的運(yùn)動員剛?cè)胨畷r的速度為 v,水對他的阻力大小恒為 F ,那么在他減速下降深度為 h的過程中，下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐?重力加速度)()A .他的動能減少了 (Fmg)h 12B .他的重力勢能減少了 mgh-2mvC.他的機(jī)械能減少了 FhD .他的機(jī)械能減少了 mgh答案 AC解析 在進(jìn)入水中的過程中，由動能定理，mgh-Fh=Ek, -Ek,所以動能的減少量為 Ek Ek' = (F-mg)h,故A正確；重力勢能的減少量等于重力所做的功，即 mgh,故B錯誤；克 服阻力所做