2018年高中物理 第七章 機(jī)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(cè),自主閱讀,一、能量守恒定律1.確立定律的兩個(gè)重要事實(shí)(1)確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性。(2)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(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(guò)程中,能量的總量保持不變。3.在能量守恒定律確立的過(guò)程中工作最有成效的科學(xué)家有:邁爾、焦耳、亥姆霍茲。4.人類(lèi)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(lèi)認(rèn)識(shí)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(cè),自主閱讀,二、能源和能量耗散1.能源:能源是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類(lèi)對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期,即柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期。2.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(lái)供人類(lèi)重新利用。如電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,電能又通過(guò)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?chē)h(huán)境的內(nèi)能,我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用。3.能源危機(jī)的含義是什么?答案:在能源的利用過(guò)程中,即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)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(guò)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。,,,,,,自我檢測(cè),自主閱讀,1.正誤辨析(1)在利用能源的過(guò)程中,能量在數(shù)量上并未減少。()答案:√(2)人類(lèi)在不斷地開(kāi)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(shí)。()答案:√(4)能量耗散說(shuō)明能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有方向性。()答案:√,自我檢測(cè),自主閱讀,2.一個(gè)小網(wǎng)站發(fā)了一則這樣的新聞:臺(tái)灣一個(gè)發(fā)明家發(fā)明了一種機(jī)器,給它輸入40W的電功率可以產(chǎn)生180W的電功率。你認(rèn)為這種機(jī)器能造出來(lái)嗎?并說(shuō)明原因。答案:不能。這個(gè)機(jī)器違背了能量守恒定律,因此這種機(jī)器不能制造出來(lái)。,自我檢測(cè),自主閱讀,3.如圖所示,神舟十一號(hào)飛船返回艙進(jìn)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(dá)到1000攝氏度。(1)該過(guò)程動(dòng)能和勢(shì)能怎么變化?機(jī)械能守恒嗎?(2)該過(guò)程中什么能向什么能轉(zhuǎn)化?機(jī)械能和內(nèi)能的總量變化嗎?答案:(1)動(dòng)能增加,勢(shì)能減少,機(jī)械能不守恒。(2)減少的勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。機(jī)械能和內(nèi)能的總量不發(fā)生變化。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,問(wèn)題導(dǎo)引有一種自發(fā)電電動(dòng)車(chē),基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車(chē)輪處,車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動(dòng)車(chē),你認(rèn)為僅靠這種方式,電動(dòng)車(chē)能持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去嗎?要點(diǎn)提示僅靠這種方式,不能使電動(dòng)車(chē)持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。因?yàn)榭窟@種方式,只能將電動(dòng)車(chē)的一部分能量收集起來(lái),但電動(dòng)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力做負(fù)功,不斷把電動(dòng)車(chē)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律,要想使電動(dòng)車(chē)持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去,必須不斷地給電動(dòng)車(chē)補(bǔ)充新的能量,如用腳蹬電動(dòng)車(chē)或給電動(dòng)車(chē)的電源充電。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,知識(shí)歸納1.對(duì)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(gè)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(dá)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(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,3.應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟(1)明確研究對(duì)象及研究過(guò)程。(2)明確該過(guò)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(huà)龍點(diǎn)睛應(yīng)用能量守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題,關(guān)鍵是準(zhǔn)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(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,典例剖析【例1】某地平均風(fēng)速為5m/s,已知空氣密度是1.2kg/m3,有一風(fēng)車(chē),它的風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面。如果這個(gè)風(fēng)車(chē)能將圓面內(nèi)10%的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?則該風(fēng)車(chē)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大?答案:3391.2W,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,規(guī)律方法從實(shí)際問(wèn)題中抽象物理模型的方法一個(gè)具體的物理問(wèn)題所描述的研究對(duì)象、物理現(xiàn)象和物理過(guò)程往往都對(duì)應(yīng)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(fēng)車(chē)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)圓面,變成了一種理想化的對(duì)象模型。那么怎樣從錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題中抽象出物理模型呢?這就需要對(duì)所給信息進(jìn)行提煉和加工,突出主要因素、忽略次要因素,通過(guò)思維加工、采用恰當(dāng)?shù)姆椒?找到新問(wèn)題與熟悉的物理模型之間的聯(lián)系,使新信息和原有知識(shí)之間的聯(lián)系通道保持暢通,從而順利地實(shí)現(xiàn)模型化,構(gòu)建起符合新情境的物理模型。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,變式訓(xùn)練1下列說(shuō)法正確的是()A.隨著科技的發(fā)展,永動(dòng)機(jī)是可以制成的B.太陽(yáng)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(dòng)”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動(dòng),說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析:永動(dòng)機(jī)是不消耗或少消耗能量,可以大量對(duì)外做功的裝置,違背能量守恒定律,A錯(cuò)誤。能量不可能憑空消失,B錯(cuò)誤。能量也不可能憑空產(chǎn)生,C正確,D錯(cuò)誤。答案:C,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,問(wèn)題導(dǎo)引如圖所示,在光滑的水平面上,有一質(zhì)量為m0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,這個(gè)過(guò)程中,思考下列問(wèn)題:(1)小鐵塊和長(zhǎng)木塊的動(dòng)能怎樣變化?分別變化了多少?(2)系統(tǒng)的機(jī)械能和內(nèi)能怎樣變化?分別變化了多少?,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,要點(diǎn)提示(1)根據(jù)動(dòng)能定理有μmg(l-L)=mv2-0,其中(l-L)為小鐵塊相對(duì)地面的位移,從上式可看出ΔEkm=μmg(l-L),即小鐵塊的動(dòng)能增加了μmg(l-L)。摩擦力對(duì)長(zhǎng)木塊做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系,得ΔEkm0=-μmgl,即長(zhǎng)木塊的動(dòng)能減少了μmgl。(2)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量ΔE=μmgL。系統(tǒng)的總能量是守恒的,損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能,所以?xún)?nèi)能增加量為E內(nèi)=μmgL。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,知識(shí)歸納1.系統(tǒng)內(nèi)一對(duì)靜摩擦力即使對(duì)物體做功,但由于相對(duì)位移為零而沒(méi)有內(nèi)能產(chǎn)生,只有物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移。2.作用于系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦力和物體間相對(duì)滑動(dòng)的距離的乘積,在數(shù)值上等于滑動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)能。即Q=F滑x相對(duì),其中F滑必須是滑動(dòng)摩擦力,x相對(duì)必須是兩個(gè)接觸面的相對(duì)滑動(dòng)距離(或相對(duì)路程)。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,典例剖析【例2】(多選)如圖所示,質(zhì)量為m0、長(zhǎng)度為l的小車(chē)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(diǎn))放在小車(chē)的最左端?，F(xiàn)在一水平恒力F作用在小物塊上,使物塊從靜止開(kāi)始做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),物塊和小車(chē)之間的摩擦力為Ff。經(jīng)過(guò)時(shí)間t,小車(chē)運(yùn)動(dòng)的位移為s,物塊剛好滑到小車(chē)的最右端()A.此時(shí)物塊的動(dòng)能為(F-Ff)(s+l)B.這一過(guò)程中,物塊對(duì)小車(chē)所做的功為Ff(s+l)C.這一過(guò)程中,物塊和小車(chē)增加的機(jī)械能為FsD.這一過(guò)程中,物塊和小車(chē)產(chǎn)生的內(nèi)能為Ffl,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,解析:對(duì)物塊分析,物塊的位移為s+l,根據(jù)動(dòng)能定理得,(F-Ff)(s+l)=Ek-0,所以物塊到達(dá)小車(chē)最右端時(shí)具有的動(dòng)能為(F-Ff)(s+l),故A正確;對(duì)小車(chē)分析,小車(chē)的位移為s,所以物塊對(duì)小車(chē)所做的功為Ffs,故B錯(cuò)誤;物塊與小車(chē)增加的內(nèi)能Q=Ffx相對(duì)=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(chē)和物塊的機(jī)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(cuò)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(duì)地位移。(2)兩物體間滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對(duì),x相對(duì)指兩接觸面間的相對(duì)位移(或相對(duì)路程)。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,變式訓(xùn)練2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,如圖所示。傳送帶足夠長(zhǎng),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(guò)的路程。(3)小木塊獲得的動(dòng)能。(4)摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能。(5)因傳動(dòng)物體電動(dòng)機(jī)多消耗的電能。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,問(wèn)題導(dǎo)引高山滑雪起源于阿爾卑斯山地域,又稱(chēng)“阿爾卑斯滑雪”或“山地滑雪”,是一項(xiàng)古老的滑雪運(yùn)動(dòng)。如圖所示,運(yùn)動(dòng)員從高山上由靜止滑下,不計(jì)空氣阻力。請(qǐng)思考:(1)下滑中,有哪些力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功?(2)如何判斷運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能、動(dòng)能及機(jī)械能的變化情況?要點(diǎn)提示(1)運(yùn)動(dòng)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(fù)功,支持力不做功。(2)運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的變化僅取決于重力做功,動(dòng)能的變化取決于外力做的總功,機(jī)械能的變化取決于除重力之外其他力做功。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,知識(shí)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(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過(guò)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(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,2.常見(jiàn)的幾種功能關(guān)系畫(huà)龍點(diǎn)睛功是力在空間上的積累,能量反映了物體對(duì)外做功的本領(lǐng),功與能不能相互轉(zhuǎn)化,但能量的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,答案:D,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,規(guī)律方法應(yīng)用功能關(guān)系解題的兩點(diǎn)注意1.應(yīng)用功能關(guān)系解題時(shí),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(yīng)關(guān)系方程做進(jìn)一步的分析。2.正確把握幾種功能關(guān)系:(1)合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量;(2)重力做功等于重力勢(shì)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(jī)械能的增加量。,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,知識(shí)點(diǎn)三,變式訓(xùn)練3(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(kāi)始豎直向上移動(dòng)5m時(shí)速度達(dá)到4m/s,則此過(guò)程中(g取10m/s2)()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答案:AC,1,2,3,4,1.下列說(shuō)法正確的是()A.汽車(chē)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(dòng)能C.電動(dòng)機(jī)工作時(shí)把電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)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(guò)程具有方向性。D項(xiàng)正確。答案:D,1,2,3,4,2.市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子(如圖所示)。在陽(yáng)光的照射下,小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng),能給炎熱的夏季帶來(lái)一絲涼爽。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是()A.太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能B.太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能C.電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能D.機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能解析:電池板中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。答案:A,1,2,3,4,3.右圖為運(yùn)動(dòng)員依靠雙手牽引使自己和輪椅升至高空,假設(shè)運(yùn)動(dòng)員和輪椅是勻速上升的,則在上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員和輪椅的()A.動(dòng)能增加B.重力勢(shì)能增加C.機(jī)械能減少D.機(jī)械能不變解析:勻速上升,動(dòng)能不變,但重力勢(shì)能增加,機(jī)械能增加,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)物體向上滑到某一位置時(shí),其動(dòng)能減少了ΔEk=18J,機(jī)械能減少了ΔE=3J。不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取10m/s2,求:(1)物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大小。(2)物體返回斜坡底端時(shí)的動(dòng)能。,1,2,3,4,解析:(1)設(shè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦力為Ff,向上運(yùn)動(dòng)的加速度的大小為a,由牛頓第二定律可知設(shè)物體的動(dòng)能減少ΔEk時(shí),在斜坡上運(yùn)動(dòng)的距離為s,由功能關(guān)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(shè)物體沿斜坡向上運(yùn)動(dòng)的最大距離為sm,由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可得設(shè)物體返回斜坡底端時(shí)的動(dòng)能為Ek,由動(dòng)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,