2020高中物理 第7章 10 能量守恒定律與能源教案 2

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE19-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精10．能量守恒定律與能源［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道能量守恒定律的內(nèi)容．(重點(diǎn)）2.理解能量守恒定律的確切含義．3。掌握應(yīng)用能量守恒定律解決問題的方法．（重點(diǎn)）4.知道能量轉(zhuǎn)化的方向性．（難點(diǎn)）一、能量守恒定律1．定律內(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)移的過程中，能量的總量保持不變．2．建立定律的兩個(gè)重要事實(shí)（1）確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性．（2）各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化．3．機(jī)械能守恒定律與能量守恒定律的關(guān)系機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的特殊背景下一種特殊的表現(xiàn)形式．二、能源和能量耗散1．能量耗散燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，就不會(huì)再次自動(dòng)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,它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能,熱和光被其他物體吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些散失的能量收集起來重新利用．這種現(xiàn)象叫作能量的耗散．2．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，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．3．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(jià)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．1．思考判斷（正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”）(1）當(dāng)一個(gè)物體的能量減少時(shí)，一定有其他物體的能量增多． （√)(2)做功越多，能量的轉(zhuǎn)化也越多． （√）(3）物體做了多少功，就有多少能量消失． (×)(4）煤、石油、天然氣屬于常規(guī)能源． (√）(5)冒起的煤煙和散開的炭灰可以重新合成一堆煤炭． (×)2．煤、石油、天然氣和生物質(zhì)能作為能源的共同特點(diǎn)是(）A．都為可再生能源,取之不盡，用之不竭B．都為不可再生能源，用一點(diǎn),少一點(diǎn)C．都為來自太陽輻射的能量D．都為污染環(huán)境的能源C［煤、石油、天然氣是不可再生能源，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,生物質(zhì)能是可再生能源，對(duì)環(huán)境無污染或污染少，但它們都來自太陽輻射．因此，選項(xiàng)C正確，其他選項(xiàng)均錯(cuò)誤．]3．“天舟一號(hào)”發(fā)射成功，我國將邁進(jìn)“空間站時(shí)代"，如圖所示,“天舟一號(hào)”在點(diǎn)火后，豎直加速上升的過程中,忽略其質(zhì)量的變化，則“天舟一號(hào)”的(）A．重力勢能減少，動(dòng)能減少，機(jī)械能減少B．重力勢能減少，動(dòng)能增加,機(jī)械能增加C．重力勢能增加，動(dòng)能減少，機(jī)械能減少D．重力勢能增加,動(dòng)能增加,機(jī)械能增加D［“天舟一號(hào)”豎直加速上升的過程中，高度增加,速度增大，由Ep＝mgh和Ek＝eq\f（1，2）mv2知，其重力勢能增加，動(dòng)能增加，故機(jī)械能增加,D正確．]4．一個(gè)盛水袋，某人從側(cè)面緩慢推裝液體的袋壁使它變形至如圖所示位置，則此過程中袋和液體的重心將（)A．逐漸升高B．逐漸降低C．先降低再升高D．始終不變A[人對(duì)液體做正功，液體的機(jī)械能增加，液體緩慢移動(dòng)可以認(rèn)為動(dòng)能不變，重力勢能增加，重心升高，A正確．]功能關(guān)系的理解與應(yīng)用1．功能關(guān)系的概述（1）不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的,做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程．(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度．做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化．2．功與能的關(guān)系由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下：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＝Ep1－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彈＝Ep1－Ep2負(fù)功彈性勢能增加合力做功正功動(dòng)能增加動(dòng)能變化W合＝Ek2－Ek1負(fù)功動(dòng)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外＝E2－E1負(fù)功機(jī)械能減少【例1】（多選)如圖所示，動(dòng)滑輪下系有一個(gè)質(zhì)量為1kg的物塊，細(xì)線一端系在天花板上，另一端繞過動(dòng)滑輪．用F＝6N的恒力豎直向上拉細(xì)線的另一端．滑輪、細(xì)線的質(zhì)量不計(jì)，不計(jì)一切摩擦．經(jīng)過1s，則（）A．重力勢能增加了B．拉力F做功為12JC．物體的動(dòng)能增加了10JD．物體的機(jī)械能增加了12JABD［如圖所示,物體受到兩個(gè)力的作用：拉力F′＝2F和重力mg.由牛頓第二定律得F′－mg＝ma，a＝2m/s2，物體從靜止開始運(yùn)動(dòng)，1s內(nèi)的位移為：x＝eq\f(1,2）at2＝eq\f(1,2）×2×12m＝1m,重力勢能增加Ep＝mgx＝10J，A正確．拉力F的作用點(diǎn)為繩的端點(diǎn)，在物體發(fā)生1m位移的過程中，繩的端點(diǎn)的位移為x′＝2x＝2m所以拉力F做的功為W＝Fx′＝6×2J＝12J，故B正確；C．物體的速度v＝at＝2m/s2，物體的動(dòng)能增加了Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f（1，2）×1×22J＝2J，故C錯(cuò)誤；D．拉力做的功等于物體機(jī)械能的增加量，所以物體的機(jī)械能增加了12J,故D正確．故選A、B、D.]應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵是深刻理解不同功能關(guān)系的含義：(1)重力做功是物體重力勢能變化的原因，重力做多少功，重力勢能就減少多少；(2)彈力做功是彈簧彈性勢能變化的原因,彈力做多少功，彈性勢能就減少多少；（3)合力做功是物體動(dòng)能變化的原因，合力做多少功，動(dòng)能就增加多少；(4)除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做功是機(jī)械能變化的原因，其他力做多少功，機(jī)械能就增加多少．1．（多選)如圖所示,扶手電梯與水平地面的夾角為30°，質(zhì)量為m的人站在電梯上，電梯由靜止斜向上做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人對(duì)電梯的壓力是他體重的eq\f（5,4)倍．人隨電梯上升高度H的過程中，下列說法正確的是（重力加速度為g)()A．人的重力勢能增加mgHB．人的機(jī)械能增加eq\f（5,4）mgHC．人的動(dòng)能增加mgHD．電梯的加速度為eq\f（g,4)AC［電梯克服人的重力做功為：mgH，所以人的重力勢能增加mgH，故A正確；根據(jù)牛頓第二定律，在豎直方向上有:N－mg＝may，解得:ay＝0。25g，根據(jù)平行四邊形定則，電梯的加速度為：a＝0.5g，故D錯(cuò)誤；人所受的合外力為：F＝ma＝eq\f(1,2)mg，根據(jù)動(dòng)能定理可得：ΔEk＝Feq\f(H，sin30°)＝mgH，故C正確；人的機(jī)械能的增加量等于重力勢能的增加量與動(dòng)能的增加量之和，即:2mgH，故B錯(cuò)誤．所以A、C正確，B、D錯(cuò)誤．]能量守恒定律的理解與應(yīng)用1．適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．2．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)ΔE增＝ΔE減，增加的那些能量的增加量等于減少的那些能量的減少量．3．應(yīng)用步驟(1）明確研究對(duì)象及研究過程．(2）明確該過程中，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)．【例2】如圖所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速傳動(dòng),一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上．若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：(1）小木塊的位移；（2）傳送帶轉(zhuǎn)過的路程；(3)小木塊獲得的動(dòng)能；（4）摩擦過程產(chǎn)生的熱量；(5)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的總能量．思路點(diǎn)撥：①在計(jì)算第(4)問時(shí)，要用滑動(dòng)摩擦力乘木塊相對(duì)皮帶的位移,不是對(duì)地位移．②要理解電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出能量的含義為：小木塊獲得的動(dòng)能與摩擦生熱的和．［解析］小木塊剛放上傳送帶時(shí)，速度為0，受到傳送帶的滑動(dòng)摩擦力作用，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到與傳送帶相同的速度后不再受摩擦力．整個(gè)過程中小木塊獲得一定的動(dòng)能,系統(tǒng)內(nèi)因摩擦產(chǎn)生一定的熱量．(1)對(duì)小木塊,相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由μmg＝ma，得a＝μg，由v＝at，得小木塊由靜止到與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)所用的時(shí)間t＝eq\f（v,μg）.則小木塊的位移l＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(v2,2μg）。(2）傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過的路程s＝vt＝eq\f（v2,μg）.(3)小木塊獲得的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2）mv2.(4）摩擦過程產(chǎn)生的熱量Q＝μmg(s－l）＝eq\f（1,2)mv2。（5)由能的轉(zhuǎn)化與守恒得,電動(dòng)機(jī)輸出的總能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與摩擦產(chǎn)生的熱量，所以E總＝Ek＋Q＝mv2。[答案］(1）eq\f(v2,2μg)（2)eq\f（v2，μg)（3）eq\f(1,2）mv2(4）eq\f（1,2)mv2（5)mv21摩擦力做功特點(diǎn)①無論是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，它們都可以做負(fù)功或做正功,也可以不做功.②互為作用力和反作用力的一對(duì)靜摩擦力所做的總功為零；而互為作用力和反作用力的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的總功一定為負(fù)值.2因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能的計(jì)算Q＝Ff·x相，其中Ff指滑動(dòng)摩擦力的大小，x相指發(fā)生摩擦的物體間的相對(duì)位移的大小。2．如圖所示,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(dòng),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(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對(duì)長木塊滑動(dòng)L時(shí)與長木塊保持相對(duì)靜止，此時(shí)長木塊對(duì)地的位移為l，求這個(gè)過程中:（1)小鐵塊增加的動(dòng)能;(2）長木塊減少的動(dòng)能；(3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量；(4）系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量．[解析］畫出這一過程兩物體位移示意圖，如圖所示．（1）根據(jù)動(dòng)能定理得μmg(l－L）＝ΔEk,即小鐵塊動(dòng)能的增加量等于滑動(dòng)摩擦力對(duì)小鐵塊做的功．(2)摩擦力對(duì)長木塊做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系得ΔEkM＝－μmgl，即長木塊減少的動(dòng)能等于長木塊克服摩擦力做的功μmgl.（3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.（4)m、M間相對(duì)滑動(dòng)的位移為L，根據(jù)能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，也等于系統(tǒng)減少的機(jī)械能．［答案］（1)μmg(l－L)（2）μmgl（3）μmgL(4）μmgL能源及其開發(fā)和利用1．人類與能源的關(guān)系(1)有利方面：能源的利用給人類的生活帶來了極大的改善,人類社會(huì)每一次重大的經(jīng)濟(jì)飛躍和生產(chǎn)革命，都與新的能源和動(dòng)力機(jī)械的利用密切相關(guān)，能源消耗的多少已經(jīng)成為一個(gè)國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志．（2）不利方面：能源的大量使用會(huì)給環(huán)境帶來極大的破壞，如大氣污染、溫室效應(yīng)、酸雨等，對(duì)人類造成很大的危害．2．常規(guī)能源和新能源的轉(zhuǎn)化途徑【例3】能源短缺和環(huán)境惡化指的是(）①煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺．②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度,石油儲(chǔ)藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù),這叫能源短缺．③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會(huì)聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化．④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分,使環(huán)境惡化．A．①③B．①④C．②③D．②④D[煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復(fù)使用,它們的儲(chǔ)量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在使用時(shí)會(huì)排出有害氣體污染空氣，這是所講的環(huán)境惡化,④正確．故D正確．］1能源的開發(fā)和利用要以人為本，要以可持續(xù)發(fā)展為前提.2應(yīng)優(yōu)先使用新能源，新能源的共同特點(diǎn)：可再生、取之不盡、綠色無污染。3．關(guān)于能源的利用，下列說法中不正確的是(）A．由于我國煤和石油的儲(chǔ)量無限,所以太陽能和核能的開發(fā)在我國根本沒有必要B．能源的利用過程，實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程C．現(xiàn)在人類社會(huì)使用的能源主要是煤、石油和天然氣D．煤、石油和天然氣的化學(xué)能歸根到底來自太陽能A［石油、煤等為非再生的能源，儲(chǔ)量有限，能源的利用中雖然總量不變，但品質(zhì)降低，可再利用能源越來越少，所以新能源的開發(fā)和利用是當(dāng)今世界各國面臨的課題，A錯(cuò),B、C、D對(duì)．]課堂小結(jié)1。能量耗散是指可利用的能源最終變成了周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些散失的能量收集起來重新利用．2．能量耗散反映了能量轉(zhuǎn)化的宏觀方向性，所以能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的，自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源．3．功和能量的關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度.知識(shí)脈絡(luò)1．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示）．在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng),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()A．太陽能→電能→機(jī)械能B．太陽能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽能→機(jī)械能D．機(jī)械能→太陽能→電能A[電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能，小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．]2．下列關(guān)于力做功與對(duì)應(yīng)能量變化的說法正確的是()A．合力做正功，機(jī)械能增加B．合力做正功，物體的動(dòng)能一定增加C．摩擦力做功，物體的機(jī)械能一定減少D．合力做負(fù)功，重力勢能一定減少B[除重力外其余力做的功等于物體機(jī)械能的變化量，除重力外其余力做正功等于物體機(jī)械能的增加量,故A、C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理，可知合力做功是動(dòng)能變化的量度，合力做正功,物體的動(dòng)能一定增加，重力勢能的變化是看重力是否做功，故B正確,D錯(cuò)誤；故選B.]3．韓曉鵬是我國首位在冬奧會(huì)雪上項(xiàng)目奪冠的運(yùn)動(dòng)員．他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離，重力對(duì)他做功1900J，他克服阻力做功100J．韓曉