2018_2019学年高中物理第四章机械能和能源6能源的开发与利用课件教科版.pptx

6能源的开发与利用 第四章机械能和能源 学习目标 1 了解各种不同形式的能 知道不同形式能量之间的相互转化 2 理解能量守恒定律 会用能量守恒的观点分析解释一些实际问题 3 了解能源的开发和利用 知道能源短缺和环境恶化问题 增强节约能源和保护环境的意识 4 理解功能关系及其应用 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 能量守恒定律1 能量守恒定律 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 或者从一个物体到另一个物体 在或的过程中其总量 2 意义 能量守恒定律是最 最的自然规律之一 是大自然普遍和谐性的一种表现形式 转化 转化 转移 转移 保持不变 重要 普遍 二 能源的利用1 人类对能源的利用大致经历了三个时期 即时期 时期 时期 自工业革命以来 煤和石油成为人类的主要能源 2 能源利用方式的改进极大地提高了劳动生产率 给人类的生活带来了极大的改善 的利用和的诞生引起了产业革命 但能源的大量使用引起了环境问题 柴草 煤炭 煤炭 石油 蒸汽机 三 新能源的开发1 在合理开发和节约使用煤 石油 天然气等常规能源的同时 要大力开发核聚变能 太阳能 风能 地热能 海洋能等新能源 2 正在开发的新能源有风能 海洋能 太阳能 地热能 氢能 生物质能及核聚变能等 3 新能源的优点 新能源多为能源 且较小 污染 可再生 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 化石燃料的利用 会引起环境问题 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 即学即用 答案 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 g取10m s2 不计空气阻力 碰撞时损失的机械能为 损失的机械能转化为 能 答案 1 2J 内 重点探究 答案 一 能量守恒定律的理解 如图1所示 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 图1 答案返回舱动能增加 势能减少 由于与大气层的摩擦 机械能逐渐转化为内能 故机械能不守恒 导学探究 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 答案 答案减少的势能一部分转化为动能 一部分转化为内能 或者说一部分机械能转化成了内能 机械能和内能的总量不变 即能量守恒 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 对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 知识深化 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 则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 故选A D 解析 答案 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 二 能量守恒定律的应用 例2如图2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 答案 解析 图2 答案4 5J 解析设小物体与皮带达到共同速度时 物体相对地面的位移为x 即物体可与皮带达到共同速度 此时 2 这一过程摩擦产生的热量Q 答案 解析 答案4 5J 解析由 mg ma得a 1 5m s2 由v at得t 2s 则Q mg vt x 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9J 解析由能量守恒知E Ek Q 4 5J 4 5J 9J 针对训练1一弹珠弹射玩具模型如图3所示 水平粗糙管AB内装有一轻弹簧 左端固定 竖直放置光滑管道BCD 其中CD为半径R 0 1m的四分之一圆周 C点与地面间的高度H 0 1m 用质量m1 0 2kg的弹珠 可看成质点 将弹簧缓慢压缩到某一确定位置M 弹珠与弹簧不固连 由静止释放后弹珠恰能停在D点 用同种材料 质量m2 0 1kg的弹珠仍将弹簧缓慢压缩到M点再由静止释放 弹珠由D点飞出后落在与D点正下方D 点相距x 0 8m处 g取10m s2 求 图3 1 弹珠m2从D点飞出时的速度大小 答案 解析 答案4m s 解析弹珠m2由D点飞出后做平抛运动 有 得t 0 2s 2 弹簧被缓慢压缩到M点时储存的弹性势能 答案 解析 答案1 6J 解析研究弹珠从释放到D点的过程 由能量守恒定律得 释放m1的过程 有Ep m1gxMB m1g H R 解得Ep 1 6J 3 保持弹珠m2仍将弹簧缓慢压缩到M点 改变H的高度 从D点飞出后落在与D点正下方D 点距离x是不同的 求x的最大值 答案 解析 答案1m 当H 0 4m时 x有最大值 得xm 1m 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 三 功能关系的理解与应用 例3如图4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 答案 解析 图4 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 应用功能关系解题的关键应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义 1 重力做功是物体重力势能变化的原因 重力做多少功 重力势能就减少多少 2 弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因 弹力做多少功 弹性势能就减少多少 3 合力做功是物体动能变化的原因 合力做多少功 动能就增加多少 4 除重力和系统内弹力之外的其他力做功是机械能变化的原因 其他力做多少功 机械能就增加多少 针对训练2 多选 如图5所示 质量为m的物体 可视为质点 以某一速度从A点冲上倾角为30 的固定斜面 其运动的加速度大小为 此物体在斜面上上升的最大高度为h 则在这个过程中物体 答案 解析 图5 解析过程中重力势能增加了mgh 故A错误 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 答案 解析 1 2 3 4 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 1 2 3 4 2 功能关系 多选 如图6为我国交通运输部北海救助飞行队直升机在执行救助任务 直升机通过绳索用恒力F竖直向上拉起救助官兵和被困人员 使其由水面开始加速上升到某一高度 若考虑空气阻力而不考虑空气浮力 则在此过程中 以下说法正确的有A 力F和阻力的合力所做的功等于两人机械能的增量B 两人克服重力所做的功等于两人重力势能的增量C 力F 重力 阻力三者合力所做的功等于两人动能的增量D 力F所做的功减去克服阻力所做的功等于两人重力势能的增量 答案 1 2 3 4 图6 解析 解析根据除重力外其他力做的功等于物体机械能的增量知 选项A正确 D错误 根据重力做功与重力势能的关系知 选项B正确 根据动能定理知 选项C正确 1 2 3 4 3 功能关系 多选 如图7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 可视为质点 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 答案 1 2 3 4 解析 图7 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f 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 所以 选项A C D正确 1 2 3 4 D 与不放物块时相比 电动机多做的功为mv2 4 功能关系 多选 如图