高中物理第2章第3、4节能量守恒定律能源与可持续发展.ppt

第 2 章,考向一,理解教材新知,第 3、4 节,把握热点考向,应用创新演练,考向二,知识点一,知识点二,随堂基础巩固,课时跟踪训练,知识点三,知识点四,考向三,1机械能守恒定律： 在只有重力做功 的情况下，物体的动能与重力势能 可以发生相互转化，但机械能的总 量保持不变。 2“只有重力做功”并不是只受重力作用，要保证重力之外的 力不做功或做功代数和为零，这是机械能守恒的条件。 3能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失， 它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转 移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。 4能量的转化或转移具有方向性，能量的利用过程是不可逆 的。,mgh,只有重力做功,机械能的转化和守恒的实验探索,3速度的测量 做匀变速直线运动的纸带上某点的 等于相邻两点间的平均速度。 4实验步骤 (1)把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器接到 电源上。 (2)把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重锤 打点计时器。 (3)接通 ，松开纸带，让重锤自由下落。,瞬时速度,交流低压,靠近,电源,2,1注意事项 (1)接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的小点。 (2)测量下落高度时，必须从起点0量起，为了减小测量的相对误差，选取的计数点要离0点适当远些(纸带也不宜过长，其有效长度可在6080 cm之间)。,(3)计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定，重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内的一条竖直线上，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置)。 (4)对重物的要求：选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响(使重力远大于阻力)。,2实验误差分析 (1)偶然误差：测量长度时会带来误差。减少误差的办法是： 测距离时都应从第一个点O量起； 多测几次取平均值。 (2)系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量Ek必定稍小于势能的减少量Ep。,1在“探究机械能守恒定律”的实验中： (1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为_。 A打点计时器(包括纸带) B重物 C天平 D毫米刻度尺 E停表 F运动小车 (2)打点计时器的安装放置要求为_；开始实验的时候，应先_，然后_。 (3)实验中产生系统误差的原因主要是_，使重物获得的动能往往_。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_。,答案：(1)ABD (2)底板要竖直，两个限位孔在同一条竖直线上 给打点计时器通电 释放重物 (3)纸带通过打点计时器时有摩擦阻力 小于所减小的重力势能 质量大一些的,机械能守恒定律,1机械能 和 之和称为机械能。 2机械能守恒定律 (1)内容：在只有重力做功的情况下，物体的 与 可以发生相互转化，但机械能的总量 。 (2)条件：只有 做功。 (3)表达式：Ek2Ep2 。,动能,势能,动能,重力势能,保持不变,重力,Ek1Ep1,1机械能是否守恒的判断 (1)做功条件分析法：应用系统机械能守恒的条件进行分析。若物体系统内只有重力或弹力做功，其他力均不做功，则系统的机械能守恒。 (2)能量转化分析法：从能量转化的角度进行分析。若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能(如没有内能增加)，则系统的机械能守恒。,(3)增减情况分析法：直接从机械能各种形式能量的增减情况进行分析。若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒；若系统的动能(或势能)不变，而势能(或动能)却发生了变化，则系统的机械能不守恒；若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能也不守恒。当然，这种方法只能判断系统的机械能明显不守恒的情况，对于另一些情况(如系统的动能增加而势能减少)则无法作出定性的判断。,2机械能守恒的表达式及特点,3应用机械能守恒定律解题的一般步骤是 (1)选取系统对象，确定研究过程； (2)进行受力分析，考查守恒条件； (3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能； (4)运用守恒定律，列出方程求解。,2下列说法正确的是 ( ) A机械能守恒时，物体一定只受重力或弹力作用 B物体处于平衡状态时，机械能一定守恒 C物体所受合外力不为零时，其机械能可能守恒 D物体机械能的变化等于合外力对物体做的功,解析：机械能守恒时，只有重力或弹力做功，但可以受其他外力作用，外力做功为零即可，故A错；匀速直线运动为一种平衡状态，但物体处于平衡状态时，机械能不一定守恒，如在竖直方向匀速上升的物体，其机械能一直增大，所以B错；若物体做自由落体运动，只受重力作用，则机械能守恒，故C正确；若合外力仅为重力对物体做功，如在光滑斜面上下滑的物体，不会引起物体机械能的变化，据功能关系知D错。 答案：C,能量守恒定律,1内容 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式 另一种形式，或从一个物体 另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。 2意义 能量守恒定律是自然界最普通、最基本的规律之一，它的发现和应用为不同学科的沟通与联系提供了桥梁。 3永动机 永远都不可能制成不消耗任何能量却能持续不断地对外 的永动机。,转化为,转移到,做功,1功和能量转化的对应关系,2用能量守恒定律解题的一般步骤 (1)首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少。 (2)分别列出减少的能量和增加的能量。 (3)根据能量守恒定律列方程E减E增求解。,3. 一个人平稳地站在商店的自动扶梯的 水平踏板上，随扶梯向上加速运动， 如图231所示，则 ( ) A踏板对人做的功等于人的机械能的增加量 B踏板对人的支持力做的功等于人的机械能的增加量 C克服人的重力做的功等于人的机械能的增加量 D对人做功的只有重力和踏板对人的支持力,图231,解析：人受三个力作用：重力、支持力和水平向右的摩擦力，根据功能关系：人克服重力做的功等于重力势能的增加，C错误；支持力和摩擦力做的功等于人增加的机械能，A正确，B错误；摩擦力对人也做功，D错误。 答案：A,1能量转化和转移的方向性 (1)能量转化：自然界中存在着各种不同形式的能量， 并且各种形式的能量是可以相互 的，但在大多数情况下，各种形式的能量最终都转化为 。 (2)能量转化的方向：物体的机械能可以自发地 为内能，但内能 自发地全部转化为机械能而使物体恢复原来的机械运动。 (3)热传递：热量总是自发地由高温物体向 物体传递，而不会倒过来自发地由低温物体向 物体传递。,能源与可持续发展,转化,全部转化,不可能,低温,高温,内能,(4)热机：热机是将内能转化为 的装置，它的效率不可能达到100%。 2能源开发与可持续发展 (1)能源开发：能量的利用过程是不可逆的，自然界中的常规能源的储量是 的，并且是不可再生的，所以我们要珍惜现有的能源，尽力提高现有能源的利用效率。注意研究和开发新能源。 (2)可持续发展：当务之急要改变能源结构，提高能源 ，开发和推广清洁能源，减少环境污染。,机械能,利用效率,有限,1可逆过程与不可逆过程 (1)可逆过程：如果一个系统从某一状态出发，经过某一过程变化到另一状态后，它还可以经过另一个过程使系统和外界复原，使系统回到初始状态，同时又清除原来过程所产生的一切影响，则原过程称为可逆过程。 (2)不可逆过程：如果采用任何方法都不能使系统和外界完全恢复原来的状态的过程，称为不可逆过程。 2关于方向性的理解 能量守恒定律指明各种形式的能量可以相互转化，并且在转化或转移过程中总和不变。但是能量的转化和转移并不是任意的，而是具有方向性的，具体表现在：,(1)热传递的方向性：在热传递过程中，内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地从低温物体向高温物体转移。 例如：热量可以自动地由高温物体传递给低温物体，但不能自动地由低温物体传递给高温物体，热量要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功进行，如冰箱、空调制冷等。散失到周围环境中的内能不能回收再重新利用。 (2)机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化。,3热机的效率 任何热机都不会把从高温热源吸收的热量全部用来对外做功，总要向低温热源放出一部分热量，因此所有热机的效率都小于100%。,4下列过程中，可能发生的是 ( ) A某工作物体从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化 为机械能，而没有其他任何影响 B打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发 进去，恢复原状 C利用其他手段，使低温物体温度更低，使高温物体 温度更高 D将两瓶不同液体自发互溶，然后又自发地各自分开,解析：机械能可以完全转化为内能，反过来，内能就不能自动地、并不引起任何变化地全部变为机械能。在热传递过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地从低温物体向高温物体转移，但可以通过其他方式把内能从低温物体向高温物体转移，例如电冰箱。气体自发逸出和不同液体自发互溶是可以自动进行的，但其逆过程是不能自发进行的。 答案： C,例1 如图232所示，下列关于机械能是否守恒的判断错误的是 ( ) 图232,机械能守恒条件的理解,A甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒 B乙图中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒 C丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升的过程中，A、B机械能守恒 D丁图中，小球由水平位置A处由静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒 思路点拨 解此题关键是正确理解机械能守恒的条件，并结合不同的情景从做功、能量转化角度分析。,解析 甲图中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但A机械能不守恒，故A错误。乙图中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故B机械能守恒，故B正确。丙图中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B机械能守恒，故C正确。丁图中只有小球的重力做功，故机械能守恒，故D正确。 答案 A,借题发挥 判断机械能是否守恒时，对单个物体往往从做功的角度去分析，若只有重力做功，其他力不做功或做功的代数和为零，则该物体的机械能守恒；对几个物体组成的系统往往从能量转化的角度去分析，若系统内不存在其他形式的能与机械能之间的相互转化，则该系统的机械能守恒。,以下说法正确的是 ( ) A物体沿光滑斜面下滑时，机械能守恒 B物体以初速度v0沿光滑斜面上冲时，机械能不守恒 C物体做匀速直线运动时，机械能一定守恒 D物体做变速运动时，机械能一定不守恒 解析：物体沿光滑斜面运动时，支持力不做功，只有重力做功，机械能守恒，A对，B错。物体做匀速直线运动时，机械能不一定守恒(如匀速上升的物体)，C错。物体做变速运动时，机械能有可能守恒(如做自由落体运动的物体)，D错。 答案：A,机械能守恒定律的应用,例2 一条长为L的均匀链条，放在光滑水平桌面上，链条的一半垂悬于桌边，如图233所示，现在由静止开始使链条自由滑落，当它全部脱离桌面时的速度为多大？ 图233 思路点拨 分析时要注意题目中的“光滑”说明只有重力做功；“全部脱离”说明最终位置，可选择机械能守恒定律解题。,借题发挥 对于该类问题，一是注意零势能面的选取，应尽可能使表达式简化；二是灵活选取各部分的重心。该题最初时的势能应取两部分(桌面上和桌面下)势能总和，整根链条的总重心不好确定，最后刚好滑出桌面时的势能就没有必要再分，可对整根链条求出重力势能。,上例题中若将均匀链条换成两个跨过定滑轮的物 体，如图234所示，B物体的质量是A物体质 量的一半，在不计摩擦阻力的情况下，A物体自 离地H高度处由静止开始下落，且B物体始终在平台上，若以地面为参考平面，当物体A的动能与其重力势能相等时，物体A离地的高度是多少？,图234,其他方法验证机械能守恒定律,例3 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图235所示。 图235 (1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。,用游标卡尺测出挡光条的宽度l9.30 mm。 由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s_ cm。 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2。 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。,(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理