高中物理 能量守恒定律与能源课件 新人教版必修2.pptVIP

10能量守恒定律与能源 1 只有重力对物体做功时 物体的 可以相互转化 转化过程中 和 的总量 2 物体只受系统内的 时 物体的弹性势能 动能可以相互转化 转化过程中 弹性势能和动能的总量 重力势能 重力势能 动能 不变 弹力 不变 动能 3 自然界中存在着各种形式的能量 各种形式的能 a 可以b 不可以 相互转化 4 做功的过程就是各种形式的能量之间相互 的过程 功是能量转化的 a 转化 或转移 量度 一 能量守恒定律1 建立能量守恒定律的两个重要事实 1 确认了永动机的 a 可能b 不可能 性 2 发现了各种自然现象之间能量的 与 2 内容 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中 能量的总量 3 意义 能量守恒定律的建立 是人类认识自然的一次重大飞跃 它是最 最 最 的自然规律之一 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 b 相互联系 转化 转化 转移 转化 转移 保持不变 普遍 重要 可靠 二 能源和能量耗散1 能源与人类社会 人类对能源的利用大致经历了三个时期 即柴薪时期 时期 时期 自工业革命以来 煤和 成为人类的主要能源 2 能量耗散 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去 就不会再次自动聚集起来供人类重新利用 电池中的化学能转化为电能 电能又通过灯泡转化成 和 热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的 我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用 煤炭 石油 石油 内能 光能 内能 3 能源危机的含义 在能源的利用过程中 即在能量的转化过程中 能量在数量上 但在可利用的品质上 从便于利用的变成 的了 4 能量转化的方向性与节约能源的必要性 反映了能量转化的宏观过程具有方向性 所以 能源的利用是有条件的 也是有代价的 所以自然界的能量虽然 但还是很有必要节约能源 虽未减少 降低了 不便于利用 能量耗散 守恒 思考辨析 1 判断正误 1 技术足够发达后 永动机就可以制成 2 机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式 3 在利用能源的过程中 能量在数量上减少了 4 能量是守恒的 生产中不用节能降耗 5 能量不能创造 不能再生 能量只能进行转化或转移 但能量间的转化或转移具有方向性 提示 1 永动机违背能量守恒定律 与技术是否发达无关 2 机械能守恒定律反映了动能与势能间的转化与守恒 是各式各样的能量转化中的一种 3 根据能量守恒定律 在利用能源的过程中 能量的数量不变 4 能量是守恒的 但是能量的利用是有条件的 也是有代价的 所以要节约能源 5 能量的耗散说明能量的转化或转移是有方向的 2 问题思考 1 一个叫丹尼斯 李 dennislee 的美国人在 美国今日 新闻周刊 等全国性报刊上刊登大幅广告 在全美各地表演 展示其号称无需任何能源的发电机 你认为这种发电机能造出来吗 提示 不能 能量守恒定律是自然界最普遍 最重要 最可靠的规律之一 物体间只能发生能量的转化或转移 但总能量不变 任何事物都不可能违背能量守恒定律 丹尼斯 李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能 违背了能量守恒 因此这种发电机不能制造出来 2 如图所示是我国能源结构的统计图 请根据此图数据完成下面两个问题 总结出我国能源结构或能源现状的规律 试着提出解决这种现状的合理化建议 提示 我国的能源结构主要以煤为主 我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大 结构不合理 我国能源消耗中可再生能源的比例过小 建议 节能降耗 开发新能源 开发可再生能源 如太阳能 风能等 一能量守恒定律的应用1 适用范围 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律 是各种自然现象中普遍适用的一条规律 2 表达式 1 e初 e末 初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和 2 e增 e减 增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量 3 应用步骤 1 明确研究对象及研究过程 2 明确该过程中 哪些形式的能量在变化 3 确定参与转化的能量中 哪些能量增加 哪些能量减少 4 列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式 或初 末状态能量相等的守恒式 特别提醒 1 机械能守恒定律实际上是能量守恒定律的一种特殊形式 2 若某一过程涉及的物体及能量种类比较多 应考虑应用能量守恒定律分析 求解 典例1 如图所示 一个粗细均匀的u形管内装有同种液体 液体质量为m 在管口右端用盖板a密闭 两边液面高度差为h u形管内液体的总长度为4h 先拿去盖板 液体开始运动 由于管壁的阻力作用 最终管内液体停止运动 则该过程中产生的内能为 解题探究 1 液体运动过程中 有哪些能量发生变化 提示 液体运动过程中 液体的重力势能和内能发生变化 2 哪些能量减少 哪些能量增加 提示 液体的重力势能减少 内能增加 标准解答 选a 去掉右侧盖板之后 液体向左侧流动 最终两侧液面相平 液体的重力势能减少 减少的重力势能转化为内能 如图所示 最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中 即增加的内能等于该液柱减少的重力势能 则q mg h mgh 故a正确 总结提升 利用能量转化与转移解题的两点注意 1 能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化 也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移 2 能量在转化与转移过程中 能量的总量保持不变 利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化 分析时避免出现遗漏 变式训练 2013 玉溪高一检测 一颗子弹以某一速度击中静止在光滑水平面上的木块 并从中穿出 对于这一过程 下列说法正确的是 a 子弹减少的机械能等于木块增加的机械能b 子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量c 子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和d 子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子弹增加的内能之和 解析 选b d 整个过程中 子弹的动能减少 子弹的内能增加 木块的动能增加 木块的内能增加 根据能量守恒定律 ek子弹 ek木块 q子弹 q木块或 ek子弹 ek木块 q子弹 q木块 选项b d正确 二对功能关系的理解1 功能关系概述 1 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的 做功的过程就是能量之间转化 或转移 的过程 2 功是能量转化的量度 做了多少功 就有多少能量发生转化 或转移 2 功与能的关系 由于功是能量转化的量度 某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系 具体功能关系如表 特别提醒 1 功和能的本质不同 并且功和能也不能相互转化 而只能是通过做功实现能量的转化 2 以系统为研究对象时 内力做功的过程也伴随着能量的转移或转化 典例2 2013 海南高考 一质量m 0 6kg的物体以v0 20m s的初速度从倾角 30 的斜坡底端沿斜坡向上运动 当物体向上滑到某一位置时 其动能减少了 ek 18j 机械能减少了 e 3j 不计空气阻力 重力加速度g 10m s2 求 1 物体向上运动时加速度的大小 2 物体返回斜坡底端时的动能 解题探究 1 等于物体动能的变化 2 等于物体重力势能的变化 合外力所做的功 重力所做的功 标准解答 1 设物体运动过程中所受的摩擦力为f 向上运动的加速度的大小为a 由牛顿第二定律可知a 设物体的动能减少 ek时 在斜坡上运动的距离为s 由功能关系可知 ek mgsin f s e fs 联立 式 并代入数据可得a 6m s2 2 设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm 由运动学规律可得sm 设物体返回斜坡底端时的动能为ek 由动能定理得ek mgsin f sm 联立以上各式 并代入数据可得ek 80j答案 1 6m s2 2 80j 变式训练 飞船返回时高速进入大气层后 受到空气阻力的作用 接近地面时 减速伞打开 在距地面几米处 制动发动机点火制动 飞船迅速减速 安全着陆 下列说法正确的是 a 制动发动机点火制动后 飞船的重力势能减少 动能减小b 制动发动机工作时 由于化学能转化为机械能 飞船的机械能增加c 重力始终对飞船做正功 使飞船的机械能增加d 重力对飞船做正功 阻力对飞船做负功 飞船的机械能不变 解析 选a 制动发动机点火制动后 飞船迅速减速下落 动能 重力势能均减小 机械能减少 a正确 b错误 飞船进入大气层后 空气阻力做负功 机械能一定减少 故c d均错误 变式备选 一质量为1kg的物体被人用手以2m s的速度竖直向上匀速提升1m 则下列说法正确的是 g取10n kg a 物体上升过程中机械能守恒b 物体的机械能增加10jc 合外力对物体做功2jd 物体克服重力做功2j 解析 选b 物体匀速上升 动能不变 重力势能增加 机械能增加 a错 由力的平衡条件可知手对物体的力的大小等于物体的重力10n 故人手对物体做功10j 机械能增加10j b对 合外力做功为零 c错 重力做功为 10j 即人克服重力做功10j d错 典例 某地平均风速为5m s 已知空气密度是1 2kg m3 有一风车 它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面 如果这个风车能将圆面内10 的气流动能转化为电能 则该风车的发电机功率是多大 标准解答 在t时间内作用于风车的气流质量m r2vt 这些气流的动能为ek mv2 转化成的电能为e mv2 10 所以风车带动发电机的功率为p r2v3 10 代入数据得p 3 4kw 答案 3 4kw 摩擦力做功与机械能的变化1 摩擦力做功特点 1 无论是静摩擦力还是滑动摩擦力 它们都可以做负功或做正功 也可以不做功 2 一对相互作用的静摩擦力对物体所做的总功为零 而一对相互作用的滑动摩擦力对物体所做的总功不为零 且一定为负值 2 摩擦力做功与机械能 1 静摩擦力做功不会引起系统机械能的变化 静摩擦力做功的过程是系统中物体间的机械能发生转移的过程 2 滑动摩擦力做功一定会引起系统机械能的变化 滑动摩擦力做功 一是会引起系统中物体间机械能的转移 二是会引起系统总机械能的减少 部分机械能转化为内能 案例展示 足够长的传送带以速度v匀速传动 一质量为m的小物体a由静止轻放于传送带上 若小物体与传送带之间的动摩擦因数为 如图所示 当物体与传送带相对静止时 转化为内能的能量为 a mv2b 2mv2c mv2d mv2 标准解答 选d 物体a被放于传送带上即做匀加速直线运动 加速度a g 匀加速过程前进的距离该时间内传送带前进的距离x2 vt v 所以物体相对传送带滑动距离 x x2 x1 故产生的内能q mg x mg mv2 d正确 名师点评 滑动摩擦力做功时 机械能转化为内能 所以滑动摩擦力做功过程中产生的内能q ff x相 其中ff指滑动摩擦力大小 x相指发生相对滑动的物体间的相对位移 1 基础理论辨析题 关于功和能的下列说法 正确的是 a 功和能的单位相同 物理意义也相同b 物体做了多少功 就有多少能量消失c 能量在转化或转移过程中 其总量会不断减少d 在利用能源的过程中 能量在数量上并未减少e 能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性f 人类在不断地开发和利用新能源 所以能量可以被创造 解析 选d e 功和能虽然单位相同 但物理意义不同 a错误 物体做了多少功 就有多少能量转化或转移 b错误 能量不会凭空产生或凭空消失 d正确 c f错误 能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性 e正确 2 利用能源的过程实质上是 a 能量的消失过程b 能量的创造过程c 能量转化或转移的过程d 能量转化或转移并且耗散的过程 解析 选c d 利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程 在能源的利用过程中能量是耗散的 a b错误 c d正确 3 2013 吉安高一检测 设想在一间与外界绝热的房间里 有一台正在工作的电冰箱 如果电冰箱的门是开着的 那么室内的温度将 a 升高b 降低c 不变d 都有可能 解析 选a 电冰箱是利用制冷剂 如氟利昂从箱内蒸发器处吸热而汽化后 到箱外冷凝器中放热液化 然后又到蒸发器中吸热汽化 如此循环而制冷的 由于蒸发器温度低 冷凝器温度高 制冷过程中 全靠压缩机将蒸发器中的氟利昂抽出再压缩到冷凝器中 以实现热量从低温物体传递到高温物体 其中压缩机对氟利昂蒸汽做了功 电能转化为内能 所以制冷剂从蒸发器吸收的热量比整台冰箱放出的热量要少 房间又是绝热的 故室内温度升高 故a正确 b c d均错 4 悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动 需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术 跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动 设质量为m的运动员刚入水时的速度为v 水对他的阻力大小恒为f 那么在他减速下降深度为h的过程中 下列说法正确的是 g为当地的重力加速度 a 他的动能减少了 f mg hb 他的重力势能减少了mgh mv2c 他的机械能减少了fhd 他的机