2019_2020学年高中物理第4章机械能和能源第6节能量的转化与守恒学案（含解析）粤教版.docx

第六节能量的转化与守恒学 习 目 标知 识 脉 络1.知道能量守恒定律的内容(重点)2理解能量守恒定律的确切含义(难点)3掌握应用能量守恒定律解决问题的方法(重点)4知道能量转化的方向性(难点)一、能量及其转化各种各样的能量及转化(1)对能量概念的初步认识a构成世界的基本要素为物质、能量、信息能量无处不在，能量转化无时不有b一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量(2)各种各样的能量名称含义机械能与物体的运动或位置高度、形变相关的能量，表现为动能、势能内能组成物质的粒子(原子或分子)的无规则运动所具有的动能和势能的总和化学能储存在化合物的化学键里的能量核能储存在原子核内部的能量、原子核发生核反应(如裂变或聚变)时，会释放出巨大的能量电磁能以各种各样的电磁波的形式传播的能量(3)能量之间的相互转化自然界中，能量的存在形式多种多样，这些能量之间可以相互转化我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的二、能量的转化与守恒定律1内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中其总量不变2意义揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性，能量既不能无中生有，也不能消灭，只能在一定条件下相互转化三、能量转化和转移的方向性自然界中，许多现象的发生、发展都具有方向性，能量的转化和转移也具有方向性1烧火生热：化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会自发地重新转化为化学能2热传导：热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但热量却不能自发地从低温物体传递到高温物体1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)做功的过程就是能量转化的过程()(2)做功越多，能量的转化也越多()(3)物体做了多少功，就有多少能量消失()(4)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多()(5)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒()(6)能量守恒过程外力做功必为零()(7)热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体()(8)热传导的过程具有方向性()(9)机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能()【提示】(1)(2)(3)物体做了多少功，就有多少能量发生转化(4)(5)(6)能量守恒过程外力做功不必为零(7)(8)(9)2(多选)一个质量为m的物体以a2g的加速度竖直向下运动，则在此物体下降h高度的过程中，下列说法正确的是()A物体的重力势能减少了2mghB物体的动能增加了2mghC物体的机械能保持不变D物体的机械能增加了mghBD物体以a2g的加速度向下运动，说明除重力外，还有其他力对物体做正功物体下降h，重力势能减少mgh，A错误动能增加2mgh，B正确物体的机械能增加mgh，C错误，D正确3我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来其原因是()A这违反了能量守恒定律B在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D以上说法均不正确C机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现因为各种有关热的物理过程都具有方向性，所以内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化能量守恒定律的理解和应用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能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等3能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初E末(2)从能的转化角度看，E增E减(3)从能的转移角度看，EA增EB减4能量守恒定律应用的关键步骤(1)明确研究对象和研究过程(2)找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少(3)列出增加量和减少量之间的守恒式【例1】如图所示，皮带的速度是3 m/s，两圆心的距离s4.5 m，现将m1 kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10 m/s2)(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E.思路点拨：物块先加速后匀速，由Ekmv2求Ek，由Qmgx求热量由能量守恒E电EkQ求得解析(1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为smgsmv2，解得s3 m4.5 m即物体可与皮带达到共同速度，此时Ekmv2132 J4.5 J.(2)由mgma得a1.5 m/s2，由vat得t2 s，则Qmg(vts)0.15110(63) J4.5 J.(3)由能量守恒知E电EkQ4.5 J4.5 J9 J.答案(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J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)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1.如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是()A重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变B由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确功能关系的理解与应用1.功与能量的转化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各种形式的能量之间转化(或转移)的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)因此，功是能量转化的量度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，具体功能关系如下：功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少重力势能变化WGEp1Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少弹性势能变化W弹Ep1Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化W合Ek2Ek1负功动能减少除重力(或系统内弹力)外其他力做功正功机械能增加机械能变化W外E2E1负功机械能减少【例2】如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，求这个过程中：(1)小铁块增加的动能；(2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；(4)系统产生的热量思路点拨：由W合Ek分析小铁块及长木板动能的变化由W外E分析系统机械能的减少量，由能量守恒分析系统产生的热量解析画出这一过程两物体位移示意图，如图所示(1)根据动能定理得mg(lL)Ek即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得EkMmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功mgl.(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功EmgL.(4)m、M间相对滑动的位移为L，根据能量守恒定律，有QmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能答案(1)mg(lL)(2)mgl(3)mgL(4)mgL(1)公式WFscos 中s均指物体对地位移.(2)两物体间滑动摩擦产生的内能Qfs相对，s相对指两接触面间的相对位移(或相对路程).2(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系式中正确的是()AflMv2BfdMv2Cfdmv(Mm)v2Df(ld)mvmv2ACD画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为ld.由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f.子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得flMv2木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得f(ld)mv2mv由得fdmv(Mm)v2所以，本题正确选项为A、C、D.能量的转化和转移的方向性1.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)机械能与内能转化的方向性机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却需要复杂的技术手段，比如利用热机等进行转化(2)热传递的方向性：在热传递过程中，内能可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移，内能的转移也具有方向性例如，内能要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功的方式来进行，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关于“自发”的理解“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化【例3】十九大报告提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是()A夏天天气炎热，空调的温度调得越低越好B把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器C出行时，如果条件允许的话，尽可能选择公共交通工具D日常生活中，做到随手关灯，关掉较长时间不使用的电脑和电视A夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源浪费，选项A不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利于节约能源，选项B、C、D都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念分析能量形式以及能量转化的方向.搞清楚是何种形式的能向何种形式的能的转化.抓住能量转化过程中能量守恒这一重要规律，即满足E1E2E损失.3关于能量和能源，下列说法正确的是()A由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但能量品质降低了C能量在转化过程中没有方向性D人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造B自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量转化具有方向性，不能被创造1关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是()A能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭C在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭C能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误故选C.2(多选)在体育比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为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FhmghB他的重力势能增加了mghC他的机械能减少了(Fmg)hD他的机械能减少了FhAD由动能定理，EkmghFh，动能减少了Fhmgh，A选项正确；他的重力势能减少了mgh，B选项错误；他的机械能减少了EFh，C选项错误，D选项正确3.如图所示，质量为m的