2018-2019學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展4.3能量的轉(zhuǎn)化與守恒4.4能源與可持續(xù)發(fā)展課件滬科版必修2 .ppt

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4.3能量的轉(zhuǎn)化與守恒4.4能源與可持續(xù)發(fā)展,第4章,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一.2.了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認(rèn)識(shí)人類珍惜和保護(hù)能源和資源的必要性.3.了解我國(guó)能源狀況，認(rèn)識(shí)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必要性.4.掌握各種功能關(guān)系，會(huì)應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律解決問(wèn)題.,內(nèi)容索引,,重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒,1.能量的多樣性：自然界中能量的形式有多種，如：機(jī)械能、、電磁能、、化學(xué)能、核能、生物能等，各種不同形式的能量可以相互.2.能量守恒定律：(1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式為另一種形式，或者從一個(gè)物體到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其___.(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的規(guī)律，它宣布第一類永動(dòng)機(jī)(不消耗能量而連續(xù)不斷地對(duì)外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的機(jī)器)是(填“可能”或“不可能”)制成的.,內(nèi)能,光能,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,總,量不變,不可能,二、能源與可持續(xù)發(fā)展,1.能量的轉(zhuǎn)化效率(1)任何機(jī)器都(填“可能”或“不可能”)將輸入的能量全部轉(zhuǎn)化為有用的能量.(2)能量的轉(zhuǎn)化效率＝.(3)機(jī)器的能量轉(zhuǎn)化效率(填“一定小于”或“可以等于”)100%.2.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性研究和事實(shí)都表明：能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性，或者說(shuō)，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性.,不可能,一定小于,方向,不可逆,3.第二類永動(dòng)機(jī)(填“違反”或“不違反”)能量守恒定律，但___(填“違反”或“不違反”)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性，因此不可能制成.4.能源開(kāi)發(fā)、利用與環(huán)境保護(hù)(1)煤、、天然氣等化石燃料是目前所用的主要能源，是(填“可以”或“不可”)再生的.(2)能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略：盡可能地開(kāi)發(fā)和利用各種，千方百計(jì)地提高不可再生能源的合理和轉(zhuǎn)化效率，并且厲行節(jié)約，避免浪費(fèi).,不違反,違,反,石油,不可,新能源,利用率,[即學(xué)即用]1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律.()(2)因?yàn)槟芰渴睾?，所以我們不需要?jié)能.()(3)能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性.()(4)任何機(jī)器的能量轉(zhuǎn)化效率都低于100%.()(5)第一類永動(dòng)機(jī)不能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律.()(6)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律.(),答案,√,,√,√,√,,2.一個(gè)質(zhì)量為60kg的登山運(yùn)動(dòng)員，他登山時(shí)平均每小時(shí)登高500m(豎直高度)，已知人體內(nèi)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為25%，那么他在3h內(nèi)消耗的化學(xué)能為_(kāi)_________.(g取10m/s2),答案,3.6106J,解析3h內(nèi)增加的機(jī)械能ΔE＝mgh＝60105003J＝9105J,解析,重點(diǎn)探究,,[導(dǎo)學(xué)探究](1)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢(shì)能的值總大于增加的動(dòng)能的值，即機(jī)械能的總量在減少.機(jī)械能減少的原因是什么？減少的部分機(jī)械能是消失了嗎？,一、對(duì)能量守恒定律的理解,答案,答案機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.不是.,(2)請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？①植物進(jìn)行光合作用.,答案,答案光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,②放在火爐旁的冰融化變熱.,③電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光.,答案內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰,答案電能轉(zhuǎn)化為光能,[知識(shí)深化]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.能量守恒定律的理解某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.,例1(多選)從光滑斜面上滾下的物體，最后停止在粗糙的水平面上，說(shuō)明A.在斜面上滾動(dòng)時(shí)，只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化B.在斜面上滾動(dòng)時(shí)，有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.在水平面上滾動(dòng)時(shí)，總能量正在消失D.在水平面上滾動(dòng)時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒,√,答案,解析,解析在斜面上滾動(dòng)時(shí)，只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動(dòng)時(shí)，有摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的.,√,,1.能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末.(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.2.能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟：(1)明確研究對(duì)象和研究過(guò)程.(2)找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量減少.(3)列出增加量和減少量之間的守恒式.,二、能量守恒定律的應(yīng)用,例2如圖1所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離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，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)(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；,答案,圖1,答案4.5J,解析,解析設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時(shí)，物體相對(duì)地面的位移為s′.,即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，此時(shí),(2)這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；,答案,答案4.5J,解析由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，則Q＝μmg(vt－s′)＝0.15110(6－3)J＝4.5J.,解析,(3)這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E.,答案,答案9J,解析由能量守恒知，這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.,解析,,1.功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過(guò)程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過(guò)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.,三、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用,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：,例3如圖2所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開(kāi)始自由下落，小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力.已知AP＝2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中A.重力做功2mgRB.機(jī)械能減少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功mgR,圖2,√,解析,答案,解析重力做功與路徑無(wú)關(guān)，所以WG＝mgR，選項(xiàng)A錯(cuò)；,克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量，故選項(xiàng)D對(duì).,例4如圖3所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長(zhǎng)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(wú)初速度地輕放到長(zhǎng)木塊右端，小鐵塊與長(zhǎng)木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)小鐵塊在長(zhǎng)木塊上相對(duì)長(zhǎng)木塊滑動(dòng)L時(shí)與長(zhǎng)木塊保持相對(duì)靜止，此時(shí)長(zhǎng)木塊對(duì)地的位移為l，求這個(gè)過(guò)程中：(1)小鐵塊增加的動(dòng)能；,答案μmg(l－L),圖3,答案,解析,解析畫(huà)出這一過(guò)程兩物體位移示意圖，如圖所示.,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)長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能；,答案μmgl,答案,解析摩擦力對(duì)長(zhǎng)木塊做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系得ΔEkM＝－μmgl，即長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能等于長(zhǎng)木塊克服摩擦力做的功μmgl.,(3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量；,答案μmgL,解析系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.,解析,(4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量.,答案μmgL,答案,解析m、M間相對(duì)滑動(dòng)的位移為L(zhǎng)，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.,解析,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(能源的利用)關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是A.能源應(yīng)用的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程B.化石能源的能量歸根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能，因此化石能源永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭C.在廣大的農(nóng)村推廣沼氣前景廣闊、意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)約能源D.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭,√,答案,解析,1,2,3,解析能源應(yīng)用過(guò)程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程，各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類服務(wù)，A錯(cuò)誤；化石能源的能量雖然來(lái)自太陽(yáng)能，但要經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成，且儲(chǔ)量有限，為不可再生能源，B錯(cuò)誤；在廣大農(nóng)村推廣沼氣對(duì)改善農(nóng)村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當(dāng)代，利在千秋，C正確；無(wú)論技術(shù)先進(jìn)與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯(cuò)誤.,1,2,3,2.(功能關(guān)系)(多選)如圖4所示，質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊，并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng).已知當(dāng)子彈相對(duì)木塊靜止時(shí)，木塊前進(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d，若木塊對(duì)子彈的阻力f視為恒定，則下列關(guān)系式中正確的是,答案,解析,1,2,3,圖4,√,√,√,解析畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，從圖中不難看出，當(dāng)木塊前進(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d時(shí)，子彈相對(duì)于地面發(fā)生的位移為l＋d.由牛頓第三定律知，子彈對(duì)木塊的作用力大小也為f.子彈對(duì)木塊的作用力對(duì)木塊做正功，,木塊對(duì)子彈的作用力對(duì)子彈做負(fù)功，由動(dòng)能定理得,所以，本題正確選項(xiàng)為A、C、D.,1,2,3,3.(能量守恒定律的應(yīng)用)如圖5所示，一物體質(zhì)量m＝2kg，在傾角θ＝37的斜面上的A點(diǎn)以初速度v0＝3m/s下滑，A點(diǎn)距彈簧上端B的距離AB＝4m.當(dāng)物體到達(dá)B后將彈簧壓縮到C點(diǎn)，最大壓縮量BC＝0.2m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到最高位置為D點(diǎn)，D點(diǎn)距A點(diǎn)AD＝3m.擋板及彈簧質(zhì)量不計(jì)，g取10m/s2，sin37＝0.6，cos37＝0.8.求：(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位小數(shù))(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ；,圖5,答案,解析,1,2,3,答案0.52,解析物體從開(kāi)始位置A點(diǎn)到最后D點(diǎn)的過(guò)程中，彈性勢(shì)能沒(méi)有發(fā)生變化，動(dòng)能和重力勢(shì)能減少，機(jī)械能的減少量為ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝mv02＋mglADsin37①物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q＝fs②其中s為物體的路程，即s＝5.4mf＝μmgcos37③由能量守恒定律可得ΔE＝Q④由①②③④式解得μ≈0.52.,1,2,3,(2)彈簧的最大彈性勢(shì)能Epm.,答案24.46J,解析物體由A到C的過(guò)程中，動(dòng)能減小ΔEk＝mv02⑤重力勢(shì)能減少ΔEp′＝mglACsin37⑥摩擦生熱Q′＝flAC＝μmgcos37lAC⑦由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢(shì)能為Epm＝ΔEk＋ΔEp′－Q′⑧聯(lián)立⑤⑥⑦⑧解得Epm≈24.46J.,1,2,3,答案,解析,