高中物理 第七章 机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源课件 新人教版必修2

第七章 10能量守恒定律与能源 学习目标1 了解各种不同形式的能 知道能量守恒定律确立的两类重要事实 2 能够叙述能量守恒定律的内容 会用能量守恒的观点分析 解释一些实际问题 3 了解能量耗散 知道能源短缺和环境恶化问题 增强节约能源和环境保护意识 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 1 建立能量守恒定律的两个重要事实 1 确认了永动机的 填 可能 或 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 一 能量守恒定律 转化 相互联系转化 不可能 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 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 普遍重要可靠 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 就不会聚集起来供人类重新利用 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了 从便于利用的变成的了 二 能源和能量耗散 煤炭石油石油 再次自动 虽未减少降低不便于利用 4 能量转化的方向性 能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的性 所以自然界的能量虽然守恒 但还是很有必要节约能源 方向 1 判断下列说法的正误 1 机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式 2 能量耗散表明能量在逐渐消失 3 在利用能源的过程中 能量在数量上并未减少 4 世上总能量不变 所以我们不需要节约能源 5 人类不断地开发和利用新能源 所以能量可以被创造 2 质量为0 4kg的皮球 从离地面高0 5m处自由落下 与地面碰撞后以2m s的速度反弹 不计空气阻力 g取10m s2 碰撞时损失的机械能为 损失的机械能转化为 能 1 2J内 重点知识探究 一 能量守恒定律的理解 1 在验证机械能守恒定律的实验中 计算结果发现 重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值 即机械能的总量在减少 机械能减少的原因是什么 减少的部分机械能是消失了吗 答案 答案机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功 机械能转化成了内能 不是 2 请说明下列现象中能量是如何转化或转移的 植物进行光合作用 放在火炉旁的冰融化变热 电流通过灯泡 灯泡发光 答案 答案 光能转化为化学能 内能由火炉转移到冰 电能转化为光能 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 解析在斜面上滚动时 只有重力做功 只发生动能和势能的相互转化 在水平面上滚动时 有摩擦力做功 机械能转化为内能 总能量是守恒的 例1 多选 从光滑斜面上滚下的物体 最后停止在粗糙的水平面上 说明A 在斜面上滚动时 只有动能和势能的相互转化B 在斜面上滚动时 有部分势能转化为内能C 在水平面上滚动时 总能量正在消失D 在水平面上滚动时 机械能转化为内能 总能量守恒 解析 答案 二 能量守恒定律的应用 1 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 2 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2如图1所示 皮带的速度是3m s 两圆心的距离s 4 5m 现将m 1kg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10m s2 1 小物体获得的动能Ek 解析 图1 答案 答案4 5J 解得s 3m 4 5m 即物体可与皮带达到共同速度 2 这一过程摩擦产生的热量Q 答案 答案4 5J 解析 解析由 mg ma得a 1 5m s2 由v at得t 2s 则Q mg vt s 0 15 1 10 6 3 J 4 5J 3 这一过程电动机消耗的电能E 答案 答案9J 解析 解析由能量守恒知E电 Ek Q 4 5J 4 5J 9J 三 功能关系的理解与应用 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 具体功能关系如下表 例3如图2所示 在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道 半径OA水平 OB竖直 一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落 小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力 已知AP 2R 重力加速度为g 则小球从P到B的运动过程中A 重力做功2mgRB 机械能减少mgRC 合外力做功mgR 图2 解析 答案 解析重力做功与路径无关 所以WG mgR 选项A错 克服摩擦力做的功等于机械能的减少量 故选项D对 例4如图3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 答案 答案 mg l L 解析 图3 解析画出这一过程两物体位移示意图 如图所示 根据动能定理得 mg l L 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 长木块减少的动能 答案 答案 mgl 解析 解析摩擦力对长木块做负功 根据功能关系得 EkM mgl 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 答案 答案 mgL 解析 解析系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功 E mgL 4 系统产生的热量 答案 答案 mgL 解析 解析m M间相对滑动的位移为L 根据能量守恒定律 有Q mgL 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 当堂达标检测 1 能源的利用 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 1 2 3 4 解析 答案 解析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 1 2 3 4 2 功能关系 如图4所示 在高台跳水比赛中 质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力 包含浮力 而竖直向下做减速运动 设水对她的阻力大小恒为F 则在她减速下降深度为h的过程中 下列说法正确的是 g为当地的重力加速度 A 她的动能减少了FhB 她的重力势能减少了mghC 她的机械能减少了 F mg hD 她的机械能减少了mgh 答案 图4 1 2 3 4 3 功能关系 多选 如图5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Ff视为恒定 则下列关系式中正确的是 解析 答案 图5 1 2 3 4 解析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l d 由牛顿第三定律知 子弹对木块的作用力大小也为Ff 子弹对木块的作用力对木块做正功 由动能定理得 木块对子弹的作用力对子弹做负功 由动能定理得 1 2 3 4 4 能量守恒定律的应用 如图6所示 一物体质量m 2kg 在倾角 37 的斜面上的A点以初速度v0 3m s下滑 A点距弹簧上端B的距离AB 4m 当物体到达B后将弹簧压缩到C点 最大压缩量BC 0 2m 然后物体又被弹簧弹上去 弹到最高位置为D点 D点距A点AD 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 小数点后保留两位小数 1 物体与斜面间的动摩擦因数 答案 答案0 52 解析 图6 1 2 3 4 物体克服摩擦力产生的热