2018版 第2章 第3節(jié)　能量守恒定律 第4節(jié)　能源與可持續(xù)發(fā)展

第頁第3節(jié)能量守恒定律第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容、條件、公式，會(huì)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題．(重點(diǎn)、難點(diǎn))2．知道能量守恒定律，能應(yīng)用能量守恒定律分析能的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象．(重點(diǎn))3．了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，了解能源開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展的意義．4．知道熱力學(xué)第二定律，了解熱機(jī)效率問題.機(jī)械能守恒定律eq\o([先填空])1．機(jī)械能物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和叫機(jī)械能．2．機(jī)械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有重力做功的情況下，物體的動(dòng)能與勢(shì)能可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變．(2)適用條件：只有重力做功．(3)表達(dá)式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mgh1.eq\o([再判斷])1．合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒．(×)2．合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒．(×)3．只有重力做功，物體的機(jī)械能一定守恒．(√)eq\o([后思考])如圖2-3-1所示，大型的過山車在軌道上翻轉(zhuǎn)而過．過山車從最低點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能和勢(shì)能怎樣變化？忽略軌道和空氣阻力，機(jī)械能是否守恒？圖2-3-1【提示】動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，忽略軌道和空氣阻力，過山車機(jī)械能守恒．eq\o([合作探討])探討1：請(qǐng)同學(xué)想一想，小桶如圖2-3-2由靜止釋放，返回來會(huì)不會(huì)碰到額頭？圖2-3-2【提示】不會(huì)．因機(jī)械能守恒，擺回時(shí)的高度不會(huì)超過原來的高度．探討2：質(zhì)量為m的小球，以速度v斜向上拋離高為H的桌面．如圖2-3-3，經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)所具有的機(jī)械能是多少？(以桌面為零勢(shì)能面，不計(jì)空氣阻力)圖2-3-3【提示】以桌面為零勢(shì)能面，小球在拋出點(diǎn)的機(jī)械能為eq\f(1,2)mv2，由于機(jī)械能守恒，故在A點(diǎn)的機(jī)械能為eq\f(1,2)mv2.eq\o([核心點(diǎn)擊])1．機(jī)械能守恒的判斷(1)用做功來判斷：分析物體或物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對(duì)物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒．(2)用能量轉(zhuǎn)化來判定：若系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，無機(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒．2．表達(dá)式及特點(diǎn)表達(dá)式特點(diǎn)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末(從不同狀態(tài)看)即初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp(從轉(zhuǎn)化角度看)即過程中動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB(從轉(zhuǎn)移角度看)即系統(tǒng)只有A、B兩物體時(shí)，A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能3．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟(1)正確選取研究對(duì)象(物體或系統(tǒng))，確定研究過程；(2)進(jìn)行受力分析，考查守恒條件；(3)選取零勢(shì)能平面，確定初、末狀態(tài)機(jī)械能；(4)運(yùn)用守恒定律，列出方程求解．1．在物體自由下落的過程中，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732047】A．動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，機(jī)械能增大B．動(dòng)能減小，勢(shì)能增大，機(jī)械能不變C．動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，機(jī)械能不變D．動(dòng)能不變，勢(shì)能減小，機(jī)械能減小【解析】在自由下落過程中，只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒，重力勢(shì)能不斷減小，動(dòng)能不斷增大，選項(xiàng)C正確．【答案】C2．一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，當(dāng)滑塊從斜面底端滑到高為h的地方時(shí)，以斜面底端為參考平面，滑塊的機(jī)械能是()A.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) B．mghC.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgh【解析】在整個(gè)過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒，總量都是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，因在高度h處，速度可能不為零，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤；C、D也錯(cuò)誤．【答案】A3.如圖2-3-4所示，質(zhì)量m＝70kg的運(yùn)動(dòng)員以10m/s的速度，從高h(yuǎn)＝10m的滑雪場(chǎng)上A點(diǎn)沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不計(jì)，以B點(diǎn)所在的水平面為參考平面，g取10m/s2，求：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732048】圖2-3-4(1)運(yùn)動(dòng)員在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能；(2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度大?。?3)若運(yùn)動(dòng)員繼續(xù)沿斜坡向上運(yùn)動(dòng)，他能到達(dá)的最大高度．【解析】(1)EA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh＝10500J.(2)由機(jī)械能守恒得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh所以vB＝10eq\r(3)m/s.(3)由機(jī)械能守恒得mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh得H＝15m.【答案】(1)10500J(2)10eq\r(3)m/s(3)15m1．無論直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒定律都可應(yīng)用，且僅需考慮始、末狀態(tài)，而不必考慮所經(jīng)歷的過程．2．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題，一定要注意考查守恒條件．能量守恒定律eq\o([先填空])1．能量的轉(zhuǎn)化自然界存在著各種不同形式的能量——機(jī)械能(動(dòng)能和勢(shì)能)、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、核能等，各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化．2．能量守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失．它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變，這就是能量守恒定律．它是自然界最普遍、最基本的規(guī)律之一．eq\o([再判斷])1．自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒．(√)2．永動(dòng)機(jī)不可能制成．(√)3．能量守恒過程外力做功必為零．(×)eq\o([后思考])如圖2-3-5所示，一個(gè)叫丹尼斯·李的美國人在《美國今日》、《新聞周刊》等全國性報(bào)刊上刊登大幅廣告，在全美各地表演，展示其號(hào)稱無需任何能源的發(fā)電機(jī)．你認(rèn)為這種發(fā)電機(jī)能造出來嗎？圖2-3-5【提示】這種發(fā)電機(jī)違反了能量守恒定律，故不能制造出來．eq\o([合作探討])如圖2-3-6所示，發(fā)生雪崩時(shí)，山頂?shù)姆e雪以排山倒海之勢(shì)滾落下來．圖2-3-6探討1：雪崩的過程是否符合能量守恒定律？【提示】符合能量守恒定律．探討2：重力做功引起什么能的改變？合外力做功引起什么能的改變？除重力之外的其它力做功引起什么能的改變？【提示】重力做功引起重力勢(shì)能的改變，合外力做功引起動(dòng)能的改變，除重力之外的其它力做功引起機(jī)械能的改變．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．做功和能的轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系功能關(guān)系內(nèi)容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相互轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程，做了多少功，就會(huì)有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)實(shí)例重力做功重力做的功等于重力勢(shì)能變化量的相反數(shù)(WG＝－ΔEp)彈力做功彈力做的功等于彈性勢(shì)能變化量的相反數(shù)(WF＝－ΔEp)合力做功合力做的功等于物體動(dòng)能的變化量(W總＝ΔEk)除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功其他力做的功等于物體機(jī)械能的變化量(W其他＝ΔE機(jī))2.利用能量守恒定律解題的基本思路(1)分清有哪幾種形式的能(如機(jī)械能、內(nèi)能等)在變化．(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式．(3)列等式ΔE減＝ΔE增求解．4．如圖2-3-7所示，一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的變化情況是()圖2-3-7A．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能不變，機(jī)械能減小，總能量減小B．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能減小，總能量不變C．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能增加，總能量增加D．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能守恒，總能量不變【解析】由能量守恒定律可知，小孩在下滑過程中總能量守恒，故A、C均錯(cuò)；由于摩擦力要做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)；下滑過程中重力勢(shì)能向動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確．【答案】B5．(多選)升降機(jī)底板上放一質(zhì)量為100kg的物體，物體隨升降機(jī)由靜止開始豎直向上移動(dòng)5m時(shí)速度達(dá)到4m/s，則此過程中(g取10m/s2)()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732049】A．升降機(jī)對(duì)物體做功5800JB．合外力對(duì)物體做功5800JC．物體的重力勢(shì)能增加5000JD．物體的機(jī)械能增加800J【解析】根據(jù)動(dòng)能定理得：W升－mgh＝eq\f(1,2)mv2，可解得W升＝5800J，A正確；合外力做功為eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×100×42J＝800J，B錯(cuò)誤；物體重力勢(shì)能增加mgh＝100×10×5J＝5000J，C正確；物體機(jī)械能增加E＝Fh＝W升＝5800J，D錯(cuò)誤．【答案】AC6．如圖2-3-8所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.15，皮帶不打滑，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求：(g取10m/s2)圖2-3-8(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E.【解析】(1)由μmg＝ma可求得a＝1.5m/s2，因?yàn)棣蘭gs＝eq\f(1,2)mv2所以物體加速階段運(yùn)動(dòng)的位移s＝3m＜4.5m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由v＝at可求得t＝2sQ＝μmg(vt－s)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J(3)E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.【答案】(1)4.5J(2)4.5J(3)9J能量守恒定律的理解1．某種形式的能量減少，一定存在另外形式的能量增加，而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，而且減少量和增加量相等．能源與可持續(xù)發(fā)展eq\o([先填空])1．機(jī)械能與內(nèi)能間轉(zhuǎn)化的方向性機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地完全變?yōu)闄C(jī)械能．2．熱傳遞過程的方向性在熱傳遞的過程中，內(nèi)能總是自動(dòng)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不可能自動(dòng)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移．3．珍惜利用常規(guī)能源能量的利用過程是不可逆的，自然界中的常規(guī)能源(如煤炭、石油、天然氣等)的儲(chǔ)量是有限的，并且是不可再生的，因此我們要珍惜現(xiàn)有的能源，盡量提高能源的利用效率．4．開發(fā)綠色新能源(1)常規(guī)能源的大量使用帶來的環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧、浮塵．(2)為維持人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該注意研究和開發(fā)新的能源，優(yōu)先開發(fā)的綠色新能源包括：核能、風(fēng)能、太陽能、水能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能等．eq\o([再判斷])1．能量守恒是自然界中普遍適用的規(guī)律，不需節(jié)約能源．(×)2．將煤做燃料供暖改進(jìn)為用天然氣做燃料供暖徹底實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)．(×)3．常規(guī)能源會(huì)帶來大量的環(huán)境問題，開發(fā)新能源是可持續(xù)發(fā)展的需要．(√)eq\o([后思考])1．“煤既是常規(guī)能源又是不可再生能源”，這種認(rèn)識(shí)正確嗎？【提示】正確．根據(jù)能源的分類角度不同，可將煤分成常規(guī)能源和不可再生能源等．2．可持續(xù)發(fā)展的意義是什么？【提示】可持續(xù)發(fā)展是指不僅滿足當(dāng)代人的發(fā)展需要，還應(yīng)考慮不損害后代人的發(fā)展需要．eq\o([合作探討])探討1：如圖2-3-9所示，把小球拉到一定角度后釋放，小球在豎直平面內(nèi)來回?cái)[動(dòng)，我們觀察到它的擺動(dòng)幅度越來越小，最后停止擺動(dòng)．機(jī)械能消失了嗎？若沒有消失，轉(zhuǎn)化成了什么？能否讓這種能自發(fā)的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使小球動(dòng)起來呢？圖2-3-9【提示】機(jī)械能沒有消失，而是轉(zhuǎn)化為小球和空氣的內(nèi)能，不可能使內(nèi)能自發(fā)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使小球擺動(dòng)．探討2：如圖2-3-10所示，是我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)圖，根據(jù)此圖的數(shù)據(jù)，總結(jié)出我國能源結(jié)構(gòu)或現(xiàn)狀有什么規(guī)律？圖2-3-10【提示】我國的能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主；我國的能源消耗中不可再生能源占據(jù)的比例過大，結(jié)構(gòu)不合理；我國能源消耗中可再生能源的比例過?。甧q\o([核心點(diǎn)擊])1．關(guān)于方向性的理解：(1)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性．①機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．②機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不需要專門的裝置，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能卻需要復(fù)雜的技術(shù)手段，比如利用熱機(jī)等進(jìn)行轉(zhuǎn)化．(2)熱傳遞的方向性：在熱傳遞過程中，內(nèi)能可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，但不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，內(nèi)能的轉(zhuǎn)移也具有方向性．例如，內(nèi)能要從低溫物體傳到高溫物體，必須要通過做功的方式來進(jìn)行，如冰箱、空調(diào)制冷等．散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收再重新利用．2．關(guān)于“自發(fā)”的理解“自發(fā)”是指不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生任何影響，也就是指沒有任何外界的影響或幫助．熱量會(huì)從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發(fā)”的方向．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這個(gè)過程是“自發(fā)”的方向，但相反的過程不可能自發(fā)地進(jìn)行而不引起任何變化．7．關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源B．在利用能源的過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但能量品質(zhì)降低了C．能量在轉(zhuǎn)化過程中沒有方向性D．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造【解析】自然界中能量守恒，但仍需節(jié)約能源，在利用能源過程中，品質(zhì)降低這是能源危機(jī)更深層的理解；能量轉(zhuǎn)化具有方向性，不能被創(chuàng)造．【答案】B8．十八大報(bào)告提出了“推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念，以下做法中不符合這個(gè)