高中物理 7.10能量守恒定律与能源（精讲优练课型）课件 新人教版必修2.ppt

10能量守恒定律与能源 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 b 相互联系 转化 转化 转移 转化 转移 保持不变 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 普遍 重要 可靠 想一想 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 并说明原因 提示 不能 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 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 热和光被其他物质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 判一判 1 煤自古至今都是人类的主要能源 2 能量耗散表明能量正在逐渐消失 3 世上总能量虽然不变 但我们仍需要有节能意识 提示 1 煤近期才被人类发现 远古的人类所需的主要能源是柴薪 2 能量耗散并非说明能量在消失 而是指可利用的能源正在减少 3 世上总能量虽然不变 但可利用的能源正在逐渐减少 故我们仍需要节约能源 一 能量守恒定律的理解和应用思考探究 神舟十号 飞船返回舱进入地球大气层以后 由于它的高速下落 而与空气发生剧烈摩擦 返回舱的表面温度达到1000摄氏度 1 进入大气层很长一段时间 返回舱加速下落 返回舱表面温度逐渐升高 该过程动能和势能怎么变化 机械能守恒吗 2 返回舱表面温度越高 内能越大 该过程中什么能向什么能转化 机械能和内能的总量变化吗 提示 1 动能增加 势能减少 由于有摩擦阻力做功 机械能不守恒 2 该过程中机械能减少 内能增加 机械能向内能转化 由于不涉及其他能量的转化 故机械能和内能的总量不变 归纳总结 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 能量的增加量等于能量的减少量 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 典例示范 下列说法正确的是 a 随着科技的发展 永动机是可以制成的b 太阳照射到地球上的光能转化成其他能量 但照射到宇宙空间的能量都消失了c 既要马儿跑 又让马儿不吃草 违背了能量转化和守恒定律 因而是不可能的d 有种 全自动 手表 不用上发条 也不用任何形式的电源 却能一直走动 说明能量可以凭空产生 解题探究 1 能量守恒定律的根本原因 能量既不会凭空 也不会凭空 2 这里的永动机是指一种什么样的 机器 提示 这里的永动机是指不消耗能量而能永远对外做功的机器 产生 消失 正确解答 选c 永动机是不消耗或少消耗能量 可以大量对外做功的装置 违背能量守恒定律 a错误 能量不可能凭空消失 b错误 能量也不可能凭空产生 c正确 d错误 误区警示 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 过关训练 1 2015 汉中高一检测 力对物体做功100j 下列说法正确的是 a 物体具有的能量增加100jb 物体具有的能量减少100jc 有100j的能量发生了转化d 产生了100j的能量 解析 选c 力对物体做功100j 就有100j的能量发生了转化 但是物体具有的能量不一定增加也不一定减少 比如只有重力做功的情况物体具有的机械能不变 故a b d错误 c正确 2 2015 泰州高一检测 关于能量和能源 下列说法中正确的是 a 能量在转化和转移过程中 其总量有可能增加b 能量在转化和转移过程中 其总量只会不断减少c 能量在转化和转移过程中总量保持不变 故节约能源没有必要d 能量的转化和转移具有方向性 且现有可利用的能源有限 故必须节约能源 解析 选d 能量转化和转移过程中 总能量不变 a b错 自然界中总能量虽然不变 但可利用能源在不断减少 故节约能源很有必要 c错 d对 3 人们有在房前种树的习惯 夏天大树长出茂密的叶子 为人们挡住炎炎烈日 冬天叶子又会全部掉光 使温暖的阳光照入屋内 可以起到冬暖夏凉的作用 炎热的夏天 我们在经过有树的地方时 也会感到很明显的凉意 关于树木周围比较凉爽的现象 下列说法中正确的是 a 树木把大部分太阳光反射出去 使地面温度降低b 树木吸收阳光 使自己温度升高 周围温度降低c 树木吸收阳光 将阳光的能量转化为化学能 使环境温度变低d 白天大树将热量存起来 晚上再将热量放出来 所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热 解析 选c 植物发生光合作用 消耗掉太阳能转化成化学能 根据能量守恒 阳光的能量转化成化学能 所以树木下会比较凉爽 故c正确 补偿训练 一质量均匀 不可伸长的绳索 重为g a b两端固定在天花板上 现在最低点c处施加一竖直向下的力 将最低点缓慢拉至d点 在此过程中 绳的重心位置 a 逐渐升高b 逐渐降低c 先降低后升高d 始终不变 解析 选a 外力对绳索做正功 绳索的机械能增加 由于绳索的动能不变 增加的必是重力势能 重力势能增加是重心升高的结果 故a正确 二 功能关系的理解和应用思考探究 高山滑雪 起源于阿尔卑斯山地域 又称 阿尔卑斯滑雪 或 山地滑雪 如图所示 某滑雪爱好者由高处沿雪坡匀速疾驰而下 试问 1 下滑过程中 重力做什么功 重力势能怎么变化 2 下滑过程中 人的动能变化吗 表明合力做什么功 3 人的机械能怎么变化 表明除了重力外其他力做什么功 提示 1 下滑过程中 重力做正功 重力势能减少 2 下滑过程中 人的动能不变 表明合力不做功 3 人的机械能减少 表明除了重力外其他力做负功 归纳总结 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 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 典例示范 多选 2015 全国卷 如图 滑块a b的质量均为m a套在固定竖直杆上 与光滑水平地面相距h b放在地面上 a b通过铰链用刚性轻杆连接 由静止开始运动 不计摩擦 a b可视为质点 重力加速度大小为g 则 a a落地前 轻杆对b一直做正功b a落地时速度大小为c a下落过程中 其加速度大小始终不大于gd a落地前 当a的机械能最小时 b对地面的压力大小为mg 解题探究 1 由速度的分解与合成可得 b物体的机械能先 再 2 a物体的机械能先 再 机械能最小时杆的作用力为 增大 减小 减小 增大 零 正确解答 选b d 选b滑块为研究对象 b滑块的初速度为零 当a滑块落地时 a滑块没有在水平方向上的分速度 所以b滑块的末速度也为零 由此可得b滑块速度是先增大再减小 当b滑块速度减小时 轻杆对b一直做负功 a项错误 当a滑块落地时 b滑块的速度为零 由机械能守恒定律 可得a落地时速度大小为 b项正确 当b滑块速度减小时 轻杆对a b都表现为拉力 拉力在竖直方向上有分力与a的重力合成 其加速度大小大于g c项错误 a的机械能先减小再增大 当a的机械能最小时 轻杆对a b的作用力均为零 故此时b对地面的压力大小为mg d项正确 过关训练 1 多选 2015 保定高一检测 如图所示 一固定斜面倾角为30 一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动 加速度大小等于重力加速度的大小g 物块上升的最大高度为h 则此过程中 物块的 a 动能损失了2mghb 动能损失了mghc 机械能损失了mghd 机械能损失了mgh 解析 选a c 由于mgsin30 ff mg 故ff mg 由动能定理 mgh ff 2h ek知 动能变化量 ek 2mgh 即动能减少了2mgh a对 b错 机械能的变化量 e ff 2h mgh c对 d错 2 2014 新课标全国卷 一物体静止在粗糙水平地面上 现用一大小为f1的水平拉力拉动物体 经过一段时间后其速度变为v 若将水平拉力的大小改为f2 物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v 对于上述两个过程 用wf1 wf2分别表示拉力f1 f2所做的功 wf1 wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功 则 a wf2 4wf1 wf2 2wf1b wf2 4wf1 wf2 2wf1c wf2 4wf1 wf2 2wf1d wf2 4wf1 wf2 2wf1 解析 选c 根据x 和wf mgx可判断 两次克服摩擦力所做的功wf2 2wf1 由动能定理得wf1 wf1 mv2和wf2 wf2 m 2v 2 整理可判断wf2 4wf1 故选项c正确 3 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取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 解析 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联立上式 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 补偿训练 如图所示 滑块静止于光滑水平面上 与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态 现用恒定的水平外力f作用于弹簧右端 在向右移动一段距离的过程中 拉力f做了10j的功 上述过程中 a 弹簧的弹性势能增加了10jb 滑块的动能增加了10jc 滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10jd 滑块和弹簧组成的系统机械能守恒 解析 选c 拉力f做功既增加了弹簧的弹性势能 还增加了滑块的动能 a b错 系统增加的机械能等于拉力f做的功 c对 d错 规律方法 应用功能关系解题的基本步骤 1 明确研究对象 2 分析物体的运动过程并画图展示 3 分析力对研究对象的做功情况和能量转化形式 4 根据动能定理或能量守恒定律列方程求解 拓展例题 考查内容 能量守恒定律在实际中的应用 典例示范 一水电站 水流的落差为20m 水流冲击水轮发电机后 水流的能有20 转化为电能 若发电机的功率为200kw 则每分钟的水流量是多少 g取10m s2 正确解答 设1分钟水的流量为q 则在1分钟内流水的质量m q 在1分钟内流水减少的重力势能 ep mgh q gh由题意可知 发电机的功率p 整理得 q 代入数据得 答案 300m3 板块模型1 建模背景 木板和物块组成的相互作用的系统称为板块模型 该模型常涉及静摩擦力等静力学 牛顿运动定律 运动学规律等知识 还涉及动能定理和能量的转化和守恒等方面的知识 2 模型特点 1 系统中的两个组成物体会发生相对运动 2 一般是多个物体的多个过程问题 3 往往涉及摩擦力做功 动能 内能变化问题 4 处理问题时常用到整体法与隔离法 案例体验 多选 2015 延安高一检测 如图所示 质量为m 长度为l的木板静止在光滑的水平面上 质量为m的小物体 可视为质点 放在木板上最左端 现用一水平恒力f作用在小物体上 使物体从静止开始做匀加速直线运动 已知物体和木板之间的摩擦力为ff 当物体滑到木板的最右端时 木板运动的距离为x 则在此过程中 a 物体到达木板最右端时具有的动能为 f ff l x b 物体到达木板最右端时 木板具有的动能为ffxc 物体克服摩擦力所做的功为ffld 物体和木板系统产生的内能为ffx 解析 选a b 物体受到重力 支持力 拉力和摩擦力 根据动能定理 有 ek f ff l x 故a正确 木板受到重力 支持力和摩擦力 根据动能定理 有 ek ffx 故b正确 物体在摩擦力作用下前进的距离为 l x 物体克服摩擦力所做的功为w克 ff l