2018年高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.10 能量守恒定律與能源課件 新人教版必修2.ppt

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10.能量守恒定律與能源,自我檢測,自主閱讀,一、能量守恒定律1.確立定律的兩個重要事實(1)確認了永動機的不可能性。(2)發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(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,能量的總量保持不變。3.在能量守恒定律確立的過程中工作最有成效的科學家有:邁爾、焦耳、亥姆霍茲。4.人類建立能量守恒定律有什么意義?答案:能量守恒定律的建立是人類認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。,,,,,,,,,,,自我檢測,自主閱讀,二、能源和能量耗散1.能源:能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎。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、石油時期。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。如電池中的化學能轉(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,我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。3.能源危機的含義是什么?答案: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)量上并未減少,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。,,,,,,自我檢測,自主閱讀,1.正誤辨析(1)在利用能源的過程中,能量在數(shù)量上并未減少。()答案:√(2)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:根據(jù)能量守恒定律可得,能量既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅,只能產(chǎn)生轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化。答案:(3)世上總能量雖然不變,但我們?nèi)孕枰泄?jié)能意識。()答案:√(4)能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性。()答案:√,自我檢測,自主閱讀,2.一個小網(wǎng)站發(fā)了一則這樣的新聞:臺灣一個發(fā)明家發(fā)明了一種機器,給它輸入40W的電功率可以產(chǎn)生180W的電功率。你認為這種機器能造出來嗎?并說明原因。答案:不能。這個機器違背了能量守恒定律,因此這種機器不能制造出來。,自我檢測,自主閱讀,3.如圖所示,神舟十一號飛船返回艙進入地球大氣層以后,由于它的高速下落,而與空氣發(fā)生劇烈摩擦,返回艙的表面溫度達到1000攝氏度。(1)該過程動能和勢能怎么變化?機械能守恒嗎?(2)該過程中什么能向什么能轉(zhuǎn)化?機械能和內(nèi)能的總量變化嗎?答案:(1)動能增加,勢能減少,機械能不守恒。(2)減少的勢能一部分轉(zhuǎn)化為動能,一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。機械能和內(nèi)能的總量不發(fā)生變化。,知識點一,知識點二,知識點三,問題導引有一種自發(fā)電電動車,基本原理是將一小型發(fā)電機緊靠車輪處,車輪轉(zhuǎn)動時,帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動車,你認為僅靠這種方式,電動車能持續(xù)運動下去嗎?要點提示僅靠這種方式,不能使電動車持續(xù)運動下去。因為靠這種方式,只能將電動車的一部分能量收集起來,但電動車運動時受到的阻力做負功,不斷把電動車的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律,要想使電動車持續(xù)運動下去,必須不斷地給電動車補充新的能量,如用腳蹬電動車或給電動車的電源充電。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.對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,且減少量和增加量相等。(2)某個物體的能量減少,一定存在別的物體的能量增加,且減少量和增加量相等。2.能量守恒定律的表達式(1)從不同狀態(tài)看,E初=E終。(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看,ΔE增=ΔE減。(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看,ΔEA增=ΔEB減。,知識點一,知識點二,知識點三,3.應用能量守恒定律解題的步驟(1)明確研究對象及研究過程。(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)。畫龍點睛應用能量守恒定律解決有關問題,關鍵是準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。,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例1】某地平均風速為5m/s,已知空氣密度是1.2kg/m3,有一風車,它的風葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為12m的圓面。如果這個風車能將圓面內(nèi)10%的氣流動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?則該風車帶動的發(fā)電機功率是多大?答案:3391.2W,知識點一,知識點二,知識點三,規(guī)律方法從實際問題中抽象物理模型的方法一個具體的物理問題所描述的研究對象、物理現(xiàn)象和物理過程往往都對應著一定的物理模型,本題中,氣流被抽象為速度大小不變、方向恒垂直于風車葉片的轉(zhuǎn)動圓面,變成了一種理想化的對象模型。那么怎樣從錯綜復雜的實際問題中抽象出物理模型呢?這就需要對所給信息進行提煉和加工,突出主要因素、忽略次要因素,通過思維加工、采用恰當?shù)姆椒?找到新問題與熟悉的物理模型之間的聯(lián)系,使新信息和原有知識之間的聯(lián)系通道保持暢通,從而順利地實現(xiàn)模型化,構(gòu)建起符合新情境的物理模型。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練1下列說法正確的是()A.隨著科技的發(fā)展,永動機是可以制成的B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成其他能量,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,說明能量可以憑空產(chǎn)生解析:永動機是不消耗或少消耗能量,可以大量對外做功的裝置,違背能量守恒定律,A錯誤。能量不可能憑空消失,B錯誤。能量也不可能憑空產(chǎn)生,C正確,D錯誤。答案:C,知識點一,知識點二,知識點三,問題導引如圖所示,在光滑的水平面上,有一質(zhì)量為m0的長木塊以一定的初速度向右勻速運動,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μ,當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l,這個過程中,思考下列問題:(1)小鐵塊和長木塊的動能怎樣變化?分別變化了多少?(2)系統(tǒng)的機械能和內(nèi)能怎樣變化?分別變化了多少?,知識點一,知識點二,知識點三,要點提示(1)根據(jù)動能定理有μmg(l-L)=mv2-0,其中(l-L)為小鐵塊相對地面的位移,從上式可看出ΔEkm=μmg(l-L),即小鐵塊的動能增加了μmg(l-L)。摩擦力對長木塊做負功,根據(jù)功能關系,得ΔEkm0=-μmgl,即長木塊的動能減少了μmgl。(2)系統(tǒng)機械能的減少量ΔE=μmgL。系統(tǒng)的總能量是守恒的,損失的機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能,所以內(nèi)能增加量為E內(nèi)=μmgL。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納1.系統(tǒng)內(nèi)一對靜摩擦力即使對物體做功,但由于相對位移為零而沒有內(nèi)能產(chǎn)生,只有物體間機械能的轉(zhuǎn)移。2.作用于系統(tǒng)的滑動摩擦力和物體間相對滑動的距離的乘積,在數(shù)值上等于滑動過程產(chǎn)生的內(nèi)能。即Q=F滑x相對,其中F滑必須是滑動摩擦力,x相對必須是兩個接觸面的相對滑動距離(或相對路程)。,知識點一,知識點二,知識點三,典例剖析【例2】(多選)如圖所示,質(zhì)量為m0、長度為l的小車靜止在光滑的水平面上。質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點)放在小車的最左端。現(xiàn)在一水平恒力F作用在小物塊上,使物塊從靜止開始做勻加速直線運動,物塊和小車之間的摩擦力為Ff。經(jīng)過時間t,小車運動的位移為s,物塊剛好滑到小車的最右端()A.此時物塊的動能為(F-Ff)(s+l)B.這一過程中,物塊對小車所做的功為Ff(s+l)C.這一過程中,物塊和小車增加的機械能為FsD.這一過程中,物塊和小車產(chǎn)生的內(nèi)能為Ffl,知識點一,知識點二,知識點三,解析:對物塊分析,物塊的位移為s+l,根據(jù)動能定理得,(F-Ff)(s+l)=Ek-0,所以物塊到達小車最右端時具有的動能為(F-Ff)(s+l),故A正確;對小車分析,小車的位移為s,所以物塊對小車所做的功為Ffs,故B錯誤;物塊與小車增加的內(nèi)能Q=Ffx相對=Ffl,故D正確;根據(jù)能量守恒得,外力F做的功轉(zhuǎn)化為小車和物塊的機械能和摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能,則有F(l+s)=ΔE+Q,則ΔE=F(l+s)-Ffl,故C錯誤。故選AD。答案:AD規(guī)律方法(1)公式W=Flcosθ中l(wèi)均指物體對地位移。(2)兩物體間滑動摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對,x相對指兩接觸面間的相對位移(或相對路程)。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練2電動機帶動水平傳送帶以速度v勻速傳動,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摩擦因數(shù)為μ,如圖所示。傳送帶足夠長,當小木塊與傳送帶相對靜止時。求:(1)小木塊的位移。(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程。(3)小木塊獲得的動能。(4)摩擦過程中產(chǎn)生的內(nèi)能。(5)因傳動物體電動機多消耗的電能。,知識點一,知識點二,知識點三,知識點一,知識點二,知識點三,問題導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”,是一項古老的滑雪運動。如圖所示,運動員從高山上由靜止滑下,不計空氣阻力。請思考:(1)下滑中,有哪些力對運動員做功?(2)如何判斷運動員重力勢能、動能及機械能的變化情況?要點提示(1)運動員受到重力、支持力及摩擦力的作用,其中重力做正功,摩擦力做負功,支持力不做功。(2)運動員重力勢能的變化僅取決于重力做功,動能的變化取決于外力做的總功,機械能的變化取決于除重力之外其他力做功。,知識點一,知識點二,知識點三,知識歸納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。,知識點一,知識點二,知識點三,2.常見的幾種功能關系畫龍點睛功是力在空間上的積累,能量反映了物體對外做功的本領,功與能不能相互轉(zhuǎn)化,但能量的轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的。,知識點一,知識點二,知識點三,知識點一,知識點二,知識點三,答案:D,知識點一,知識點二,知識點三,規(guī)律方法應用功能關系解題的兩點注意1.應用功能關系解題時,首先要弄清楚有哪些力在做功,這些力做的功等于哪種形式能量的變化,然后列出相應關系方程做進一步的分析。2.正確把握幾種功能關系:(1)合外力對物體所做的功等于物體動能的增量;(2)重力做功等于重力勢能的減少量;(3)除重力或彈力以外的其他力做多少功等于物體機械能的增加量。,知識點一,知識點二,知識點三,變式訓練3(多選)升降機底板上放一質(zhì)量為100kg的物體,物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5m時速度達到4m/s,則此過程中(g取10m/s2)()A.升降機對物體做功5800JB.合外力對物體做功5800JC.物體的重力勢能增加5000JD.物體的機械能增加800J答案:AC,1,2,3,4,1.下列說法正確的是()A.汽車在平直公路上勻速行駛,能量守恒,不用耗油B.內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為動能C.電動機工作時把電能全部轉(zhuǎn)化為機械能D.自然界中能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性的解析: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具有方向性。D項正確。答案:D,1,2,3,4,2.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,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→機械能B.太陽能→機械能→電能C.電能→太陽能→機械能D.機械能→太陽能→電能解析:電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能,小電動機中電能轉(zhuǎn)化為機械能。答案:A,1,2,3,4,3.右圖為運動員依靠雙手牽引使自己和輪椅升至高空,假設運動員和輪椅是勻速上升的,則在上升過程中運動員和輪椅的()A.動能增加B.重力勢能增加C.機械能減少D.機械能不變解析:勻速上升,動能不變,但重力勢能增加,機械能增加,選項B正確,A、C、D錯誤。答案:B,1,2,3,4,4.一質(zhì)量m=0.6kg的物體以v0=20m/s的初速度從傾角α=30的斜坡底端沿斜坡向上運動。當物體向上滑到某一位置時,其動能減少了ΔEk=18J,機械能減少了ΔE=3J。不計空氣阻力,重力加速度g取10m/s2,求:(1)物體向上運動時加速度的大小。(2)物體返回斜坡底端時的動能。,1,2,3,4,解析:(1)設物體運動過程中所受的摩擦力為Ff,向上運動的加速度的大小為a,由牛頓第二定律可知設物體的動能減少ΔEk時,在斜坡上運動的距離為s,由功能關系可知ΔEk=(mgsinα+Ff)s,ΔE=Ffs聯(lián)立上式,并代入數(shù)據(jù)可得a=6m/s2。(2)設物體沿斜坡向上運動的最大距離為sm,由運動學規(guī)律可得設物體返回斜坡底端時的動能為Ek,由動能定理得Ek=(mgsinα-Ff)sm聯(lián)立以上各式,并代入數(shù)據(jù)可得Ek=80J。答案:(1)6m/s2(2)80J,