2019-2020年物理必修二堂探究學(xué)案：7.1-追尋守恒量——能量(含答案)

1、2019-2020年物理必修二堂探究學(xué)案：7.1-追尋守恒量能量（含答案）探究一 對(duì)“守恒量”的理解問題導(dǎo)引2013年6月20日，神舟十號(hào)航天員王亞平在天宮一號(hào)開展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，為全國青少年進(jìn)行太空授課，她將擺球拉開一定距離后放手，擺球并沒有來回?cái)[動(dòng)(如圖所示)，這是為什么？此時(shí)我們探究的守恒量能量，還存在嗎？提示：在天宮一號(hào)中的物體處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的一切物理現(xiàn)象都消失了，所以小球不會(huì)來回?cái)[動(dòng)。此時(shí)小球隨天宮一號(hào)一起繞地球高速旋轉(zhuǎn)，其動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變，即能量守恒。名師精講1所謂“守恒”是指數(shù)值保持恒定。對(duì)于伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，我們可以這樣理解，如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小

2、球必將回到它原來的高度，小球好像記得“自己的起始高度”，我們把小球“記得”的這個(gè)“東西”叫作守恒量。2守恒量是自然界在變化過程中隱藏于現(xiàn)象中的一個(gè)反映其本質(zhì)的物理量，也就是說，自然界并不自動(dòng)地展現(xiàn)其背后的本質(zhì)、規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，所以尋找守恒量必須講究科學(xué)的方法。例如，觀察此消彼長(zhǎng)的物理量、研究其相互的關(guān)系、科學(xué)構(gòu)思巧妙的實(shí)驗(yàn)、精確地論證、推理和計(jì)算等?！纠?】 伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)反映了一個(gè)重要的事實(shí)：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于同它開始點(diǎn)相同高度的點(diǎn)，決不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn)。這說明，小球在運(yùn)動(dòng)過程中有一個(gè)“東西”是不變的，這個(gè)“東西”應(yīng)是()A彈力B勢(shì)能C速度 D

3、能量解析：在伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)中，小球從一個(gè)斜面滾到另一個(gè)斜面，斜面彈力是不同的，勢(shì)能先減小后增大，速度先增大后減小，所以A、B、C錯(cuò)。不變的“東西”應(yīng)是能量，包括動(dòng)能和勢(shì)能，D對(duì)。答案：D題后反思 (1)運(yùn)用理想模型結(jié)合實(shí)驗(yàn)事實(shí)推導(dǎo)物理規(guī)律，是研究物理問題常用的思路和方法。(2)伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識(shí)到了能量這一物理量。探究二 對(duì)物體的動(dòng)能和勢(shì)能的理解問題導(dǎo)引如圖所示，上?！懊髦榫€”某車站的設(shè)計(jì)方案。由于站臺(tái)建得稍高，電車進(jìn)站時(shí)要上坡，出站時(shí)要下坡。忽略斜坡的摩擦力，你能分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)嗎？提示：電車進(jìn)站前雖關(guān)閉了電動(dòng)機(jī)，但仍具有動(dòng)能，可使電車爬上斜坡，這是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存。出站時(shí)，

4、電車可利用斜坡再將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能?？梢?，這種設(shè)計(jì)方案可以節(jié)約電能。名師精講1動(dòng)能說到動(dòng)能，一定要有運(yùn)動(dòng)著的物體。例如，當(dāng)伽利略釋放小球后，小球開始運(yùn)動(dòng)，獲得速度，運(yùn)動(dòng)著的小球就具有了動(dòng)能。流動(dòng)的河水，吹來的風(fēng)即流動(dòng)的空氣，運(yùn)轉(zhuǎn)的天體，繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子等都具有動(dòng)能。2勢(shì)能它必須有相互作用的物體，而且一定與其位置有關(guān)。例如，小球受到地球施于它的重力作用，當(dāng)伽利略把小球從桌面提高到斜面上起始點(diǎn)的高度時(shí)，他就賦予了小球一種形式的能量勢(shì)能。當(dāng)我們將彈簧拉伸或者壓縮時(shí)，彈簧各部分發(fā)生相互作用，各部分的相對(duì)位置與彈簧自然伸長(zhǎng)時(shí)發(fā)生了變化，我們也就賦予了彈簧一定的勢(shì)能。3勢(shì)能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化從伽利略的斜面實(shí)

5、驗(yàn)我們可以看出，勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化。如果斜面是光滑的，且空氣阻力忽略不計(jì)，小球總可以沿斜面B上升到原來的高度。這說明了動(dòng)能和勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。【例2】 (多選)如果我們把相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫作勢(shì)能，把物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量稱為動(dòng)能，那么，伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)可以給我們一個(gè)啟示，下列關(guān)于這個(gè)啟示正確的是()A小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度減小，速度增加，小球的速度是由高度轉(zhuǎn)變而來的B小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度增加，速度減小，小球的高度是由速度轉(zhuǎn)變而來的C小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度減小，速度增加，小球的動(dòng)能是由勢(shì)能轉(zhuǎn)變而來的D小球在斜面

6、上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度增加，速度減小，小球的勢(shì)能是由動(dòng)能轉(zhuǎn)變而來的解析：在斜面上運(yùn)動(dòng)的小球，首先由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能為零，勢(shì)能達(dá)到最大，在下落時(shí)，勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在小球運(yùn)動(dòng)過程中，小球的機(jī)械能總量保持不變。答案：CD題后反思 不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化，一種形式的能的減少，其他形式的能必然增加，但總的能量不變。在伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)能和勢(shì)能總和不變。附送：2019-2020年物理必修二堂探究學(xué)案：7.10-能量守恒定律與能源（含答案）探究一 對(duì)能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移的認(rèn)識(shí)問題導(dǎo)引各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，如圖所示，手搖發(fā)電機(jī)使電鈴發(fā)聲；陽光照在物

7、體上，物體溫度升高，這兩種現(xiàn)象，能量是如何轉(zhuǎn)化的呢？提示：手搖發(fā)電機(jī)使電鈴發(fā)聲，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；陽光照在物體上，太陽能轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能。名師精講1自然界存在著多種形式的能量，在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。如在熱傳遞過程中，高溫物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到低溫物體，在這種轉(zhuǎn)移的過程中能量形式?jīng)]有變。在自然界中能量的轉(zhuǎn)化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量保持不變。大量事實(shí)證明，在普遍存在的能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，消耗多少某種形式的能量，就得到多少其他形式的能量。如在熱傳遞過程中，高溫物體放出多少熱量(減少多少

8、內(nèi)能)，低溫物體就吸收多少熱量(增加多少內(nèi)能)；克服摩擦力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為能量，但能量的總量不變。【例1】 試說明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。A在水平公路上行駛的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之后，速度越來越小，最后停止。B電風(fēng)扇通電后開始轉(zhuǎn)動(dòng)，斷電后轉(zhuǎn)動(dòng)著的風(fēng)扇又慢慢停下來。C火藥爆炸產(chǎn)生燃?xì)猓訌椩谌細(xì)獾耐苿?dòng)下從槍膛發(fā)射出去，射穿一塊鋼板，速度減小。D用柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，供給電動(dòng)水泵抽水，把水從低處抽到高處。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)，能量的形式要發(fā)生變化。在確定能量的轉(zhuǎn)化時(shí)，可以從消耗什么能，得到什么能進(jìn)行比較來確定。解析：A在水平公路上行駛的汽

9、車，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之后，速度越來越小，最后停止。這一過程中，汽車所受的阻力做負(fù)功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。B電風(fēng)扇通電后開始轉(zhuǎn)動(dòng)，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；斷電后轉(zhuǎn)動(dòng)著的風(fēng)扇又慢慢停下來，阻力做負(fù)功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。C火藥爆炸產(chǎn)生燃?xì)?，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；子彈在燃?xì)獾耐苿?dòng)下從槍膛發(fā)射出去，推力做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；子彈射穿一塊鋼板，速度減小，阻力做負(fù)功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。D用柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，又轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)電機(jī)發(fā)電后供給電動(dòng)水泵抽水，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電動(dòng)水泵把水從低處抽到高處，水泵對(duì)水做功，使水泵的機(jī)械能傳遞給水。答案：見解析題后反思 物體間

10、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)，能量的形式要發(fā)生變化。在確定能量的轉(zhuǎn)化時(shí)，可以從消耗什么能，得到什么能進(jìn)行比較來確定。探究二 對(duì)功能關(guān)系的理解問題導(dǎo)引高山滑雪起源于阿爾卑斯山地域，又稱“阿爾卑斯滑雪”或“山地滑雪”，是一項(xiàng)古老的滑雪運(yùn)動(dòng)。如圖，運(yùn)動(dòng)員從高山上由靜止滑下，不計(jì)空氣阻力。請(qǐng)思考：(1)下滑中，有哪些力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功？(2)如何判斷運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能、動(dòng)能及機(jī)械能的變化情況？提示：(1)運(yùn)動(dòng)員受到重力、支持力及摩擦力的作用，其中重力做正功，摩擦力做負(fù)功，支持力不做功；(2)運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的變化僅取決于重力做功，動(dòng)能的變化取決于外力做的總功，機(jī)械能的變化取決于除重力之外其

11、他力做功。本題中，重力做正功，重力勢(shì)能減少；合力做正功，動(dòng)能增加；摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少。名師精講1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(shí)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。2常見的幾種功能關(guān)系功能量轉(zhuǎn)化重力做功重力勢(shì)能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化彈力做功彈性勢(shì)能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化合外力做功動(dòng)能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力外，其他力做功機(jī)械能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化特別提醒 (1)能是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定的物理量，即狀態(tài)量；而功則是和物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化過程有關(guān)的物理量，是過程量。

12、兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。(2)做功可以使物體具有的能量發(fā)生變化，而且物體能量變化大小是用做功的多少來量度的。但功和能不能相互轉(zhuǎn)化。【例2】 (多選)如圖所示，質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))以某一初速度由底端沖上傾角為30的固定斜面，上升的最大高度為h，其沿斜面方向的加速度大小為eq f(3,4)g，在這個(gè)過程中有關(guān)該物體的說法中正確的是()A重力勢(shì)能增加了mghB動(dòng)能損失了mghC動(dòng)能損失了eq f(1,2)mghD機(jī)械能損失了eq f(1,2)mgh解析：物體重力勢(shì)能的增加量等于克服重力做的功，選項(xiàng)A正確；物體所受的合力做的功等于動(dòng)能的減少量Ekmasmaeq f(h,sin 30)eq f(3,

13、2)mgh，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；物體機(jī)械能的損失量等于克服摩擦力做的功，因mgsin 30Ffma，所以Ffeq f(1,4)mg，故物體克服摩擦力做的功為Ffxeq f(1,4)mg2heq f(1,2)mgh，選項(xiàng)D正確。答案：AD題后反思 應(yīng)正確把握幾種功能關(guān)系：(1)合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量；(2)重力做功等于重力勢(shì)能的減少量；(3)除重力或彈簧的彈力以外的其他力做多少功等于物體機(jī)械能的增加量。探究三 能量守恒定律的理解及應(yīng)用問題導(dǎo)引根據(jù)如圖所示的情景，判斷圖中A、B兩臺(tái)機(jī)器，哪臺(tái)是發(fā)電機(jī)，哪臺(tái)是電動(dòng)機(jī)？并描述這一情景中所涉及的能量轉(zhuǎn)化。提示：瀑布的水流下來將水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化

14、為動(dòng)能，水流推動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)B轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流流經(jīng)電動(dòng)機(jī)A時(shí)，又將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。所以B是發(fā)電機(jī)，A是電動(dòng)機(jī)。名師精講1對(duì)定律的理解：(1)某種形式的能量減少，一定存在另外形式的能量增加，且減少量和增加量相等。(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在別的物體的能量增加，且減少量和增加量相等。2表達(dá)式：E初E末；E增E減3解題步驟：(1)分清共有多少種形式的能(如動(dòng)能、勢(shì)能、電能、內(nèi)能等)在變化。(2)明確哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少。(3)減少的總能量一定等于增加的總能量，據(jù)此列出方程：E減E增。4利用能量守恒定律解題應(yīng)注意的問題：(1)該定律是貫穿整個(gè)

15、物理學(xué)的基本規(guī)律之一，是學(xué)習(xí)物理的一條主線。(2)要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能量，發(fā)生哪些轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。(3)滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)距離的乘積在數(shù)值上等于產(chǎn)生的內(nèi)能，即QFl相。警示 應(yīng)用能量守恒定律解決有關(guān)問題，關(guān)鍵是準(zhǔn)確分析有多少種形式的能在變化，求出減小的總能量和增加的總能量，然后再依據(jù)能量守恒列式求解?！纠?】 如圖所示，水平傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并始終保持以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將質(zhì)量為m的某物塊由靜止釋放在傳送帶上的左端，過一會(huì)兒物塊能保持與傳送帶相對(duì)靜止，設(shè)物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，則這一過程中：(1)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量為多少？(2)電動(dòng)機(jī)多做的功為多少？解析：(1)物塊加速時(shí)的加速度ag，設(shè)經(jīng)過時(shí)間t物塊和傳送帶速度相等，則vatgt此過程中物體的位移x1eq f(v,2)t