2022年高中物理《簡諧運動的回復(fù)力和能量》教案6 新人教版選修3-4

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1、2022年高中物理《簡諧運動的回復(fù)力和能量》教案6 新人教版選修3-4   [例1] 試分析子彈從槍膛中飛出過程中能的轉(zhuǎn)化.   [分析] 發(fā)射子彈的過程是:火藥爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體,氣體推動子彈從槍口飛出.   [答]火藥的化學(xué)能→通過燃燒轉(zhuǎn)化為燃氣的內(nèi)能→子彈的動能.      [例2] 核電站利用原子能發(fā)電,試說明從燃料鈾在核反應(yīng)堆中到發(fā)電機發(fā)出電的過程中的能的轉(zhuǎn)化.   [分析] 所謂原子能發(fā)電,是利用原子反應(yīng)堆產(chǎn)生大量的熱,通過熱交換器加熱水,形成高溫高壓的蒸汽,然后推動蒸汽輪機,帶動發(fā)電機發(fā)電.   [答] 能的轉(zhuǎn)化過程是:核能→水的內(nèi)能→汽輪機的機械能→發(fā)電機的電

2、能.   [說明]   在能的轉(zhuǎn)化過程中,任何熱機都不可避免要被廢氣帶走一些熱量,所以結(jié)合量守恒定律可得到結(jié)論:   不消耗能量,對外做功的機器(稱為第一類永動機)是不可能的;   把工作物質(zhì)(蒸汽或燃氣)的能量全部轉(zhuǎn)化為機械能(稱第二類永動機)也是不可能的.      【例3】 將一個金屬球加熱到某一溫度,問在下列兩種情況下,哪一種需要的熱量多些?(1)將金屬球用一根金屬絲掛著(2)將金屬球放在水平支承面上(假設(shè)金屬絲和支承物都不吸收熱量)   A.情況(1)中球吸收的熱量多些   B.情況(2)中球吸收的熱量多些   C.兩情況中球吸收的熱量一樣多   D.無法確定

3、   [誤解]選(C)。   [正確解答]選(B)。   [錯因分析與解題指導(dǎo)]小球由于受熱體積要膨脹。由于小球體積的膨脹,球的重心位置也會變化。如圖所示,在情況(1)中,球受熱后重心降低,重力對球做功,小球重力勢能減小。而在情況(2)中,球受熱后重心升高。球克服重力做功,重力勢能增大??梢姡闆r( 1)中 球所需的熱量較少。   造成[誤解]的根本原因,是忽略了球的內(nèi)能與機械能的轉(zhuǎn)變過程。這是因為內(nèi)能的變化是明確告訴的,而重力勢能的變化則是隱蔽的。在解題時必須注意某些隱蔽條件及其變化。   [例4] 用質(zhì)量M=0.5kg的鐵錘,去打擊質(zhì)量m=2kg的鐵塊。鐵錘以v=12m/s的速

4、度與鐵塊接觸,打擊以后鐵錘的速度立即變?yōu)榱?。設(shè)每次打擊產(chǎn)生的熱量中有η=50%被鐵塊吸收,共打擊n=50次,則鐵塊溫度升高多少?已知鐵的比熱C=460J/kg℃。   [分析] 鐵錘打擊過程中能的轉(zhuǎn)換及分配關(guān)系為   據(jù)此,即可列式算出△t.   [解答] 鐵錘打擊n=50次共產(chǎn)生熱量:   設(shè)鐵塊的溫度升高△t,由      [例5] 用功率P=600W的電動機帶動鉆頭在鐵板上鉆孔,在t=3min內(nèi)產(chǎn)生熱量的最大值為多少?若其中η=75%被鐵塊吸收,鐵塊的質(zhì)量為m=0.7kg,則鐵塊的溫度升高多少?已知鐵的比熱為C=460j/kg·℃。   [分析] 在這個鉆孔過程

5、中,能的轉(zhuǎn)換及分配如下:   當(dāng)供給電動機的電能完全轉(zhuǎn)化為鉆頭的機械能,鉆頭的機械能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時,就可算出所產(chǎn)生的最大熱量.由上述能的分配,根據(jù)吸熱公式可算出鐵塊所升高的溫度。   [解] 在t=3min內(nèi)產(chǎn)生的熱量的最大值為:   Q=Pt=600×3×60J=1.08×105J   設(shè)鐵塊升高的溫度為△t,由吸熱公式:   ηQ=cm△t            =251.6℃   [例6] 光滑水平桌面上一塊質(zhì)量M=400g的木塊,被一顆質(zhì)量m=20g,以水平速度v=500m/s飛行的子彈擊中,子彈穿出木塊時的速度v1=300m/s.若子彈擊中木塊的過程中,系統(tǒng)損失

6、的機械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,其中η=41.8%部分被子彈吸收使其溫度升高.已知子彈的比熱c=125J/kg·℃,試求子彈穿越木塊過程中升高的溫度.   [分析] 子彈穿越木塊過程中,水平方向不受外力,由動量守恒可算出木塊獲得的速度.根據(jù)子彈-木塊系統(tǒng)損失的機械能可算出產(chǎn)生的內(nèi)能.由此即可算出子彈所升高的溫度.   [解] 子彈穿出木塊后,木塊的速度設(shè)為V,由   mv=mv1+MV,   得      子彈木塊系統(tǒng)損失的機械能      根據(jù)量守恒,子彈穿越木塊過程中產(chǎn)生的內(nèi)能(即增加的內(nèi)能)為   Q=△U=1580J.   設(shè)子彈升高溫度為△t,則由 ηQ=cm△t,   [說明] 有的學(xué)生認為子彈損失的動能就等于穿越木塊過程中產(chǎn)生的熱能,這是不對的,不能忽略木塊所獲得的動能.子彈擊中木塊過程中,整個系統(tǒng)能的轉(zhuǎn)化及分配情況如下:

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