粤教版必修2 能量转化与守恒 第1课时 学案.doc

目标定位1.了解各种不同形式的能.2.明确做功与能量转化的关系.3.理解能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析实际问题.4.知道能量转移和转化的方向性一、能量及能量守恒定律1能量的多样性：自然界中能量的形式多种多样，例如：机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等2能量之间的转化：不同形式的能量可以相互转化，我们所消耗的能量，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的3能量守恒定律：(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，在转化或转移的过程中其总量不变(2)意义揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性宣布“第一类永动机”不可能制成(3)表达式：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e增e减，一种形式能量的增加量等于另一种形式能量的减少量4利用能量守恒定律解题的步骤：(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)【深度思考】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1 000摄氏度图1(1)该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？(2)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(1)动能增加，势能减少，机械能不守恒(2)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error! no bookmark name given.【例1】error! no bookmark name given.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答案c解析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error! no bookmark name given.【例2】error! no bookmark name given.某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的风叶转动时可形成半径为12 m的圆面如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？答案3 391.2 w解析在t时间内作用于风车的气流质量mr2vt这些气流的动能为mv2，转变成的电能emv210%所以风车带动发电机的功率为pr2v310%代入数据得p3 391.2 werror! no bookmark name given.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. 二、摩擦生热及产生内能的有关计算1系统内一对静摩擦力即使对物体做功，但由于相对位移为零而没有内能产生，只有物体间机械能的转移2作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积，在数值上等于滑动过程产生的内能即qf滑s相对，其中f滑必须是滑动摩擦力，s相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)error! no bookmark name given.【例3】error! no bookmark name given.电动机带动水平传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为，如图2所示传送带足够长，当小木块与传送带相对静止时，求：图2(1)小木块的位移；(2)传送带转过的路程；(3)小木块获得的动能；(4)摩擦过程中产生的内能；(5)因传送小木块电动机多消耗的电能答案(1)(2)(3)mv2(4)mv2(5)mv2解析(1)由牛顿第二定律：mgma，得ag由公式vat得t，小木块的位移s1t(2)传送带始终匀速运动，路程s2vt(3)小木块获得的动能ekmv2(4)小木块在和传送带达到共同速度的过程中，相对传送带移动的距离s相对s2s1，产生的内能qmgs相对mv2(5)根据能量守恒定律，因传送小木块电动机多消耗电能eqmv2mv2三、对功能关系的理解及应用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力学中常见的功与能的关系功能量转化关系式重力做功重力势能的改变wgep弹力做功弹性势能的改变wfep合外力做功动能的改变w合ek除重力、系统内弹力以外的其他力做功机械能的改变we机两物体间滑动摩擦力对系统做功内能的改变fs相对q【例4】图3如图3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g，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()a重力势能增加了mgh b克服摩擦力做功mghc动能损失了mgh d机械能损失了mgh答案cd解析过程中重力势能增加了mgh，故a错误；加速度ag，摩擦力fmg，物体在斜面上能够上升的最大高度为h，发生的位移为2h，则克服摩擦力做功，故b错误；由动能定理可知，动能损失量为合外力做的功的大小，所以ekf合2hmg2hmgh，故c正确；机械能的损失量为fsmg2hmgh，故d正确error! no bookmark name given.要认清每种形式能的变化与相应力做功相关：重力势能的变化只与重力做功有关；弹性势能的变化与弹簧类弹力做功有关；动能的变化与合力做功有关；机械能的改变量与除重力(及系统内弹力)之外的力做功有关【例5】如图4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：图4(1)系统产生的热量；(2)小铁块增加的动能；(3)长木块减少的动能；(4)系统机械能的减少量答案(1)mgl(2)mg(ll)(3)mgl(4)mgl解析画出这一过程两物体位移示意图，如图所示(1)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(2)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(3)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(4)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功emglerror! no bookmark name given.(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)1(对能量守恒定律的理解及应用)(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，总能量守恒答案ad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2(摩擦生热及产生内能的有关计算)两块完全相同的木块a、b，其中a固定在水平桌面上，b放在光滑水平桌面上两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为va、vb，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热分别为qa、qb，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则()avavb，qaqb bvavb，qaqbcvavb，qaqb dvavb，qaqb答案d解析设子弹的初速度为v0，质量为m，木块的厚度为d，穿透过程中子弹所受阻力大小为f，未固定的木块前进了s，根据动能定理：fdmvmv，f(ds)mvmv，比较以上两式得vavb，两种情况下产生的热量相等，qaqbfd，故d正确3(对功能关系的理解及应用)(多选)升降机底板上放一质量为100 kg的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动 5 m时速度达到4 m/s，则此过程中(g取10 m/s2)()a升降机对物体做功5 800 jb合外力对物体做功5 800 jc物体的重力势能增加5 000 jd物体的机械能增加800 j答案ac解析根据动能定理得：w升mghmv2，可解得w升5 800 j，a正确；合外力做功为mv210042 j800 j，b错误；物体重力势能增加mgh100105 j5 000 j，c正确；物体机械能增加efhw升5 800 j，d错误4(对能量转化与守恒定律的理解与应用) (多选)溜溜球是一种流行的健身玩具，具有很浓的趣味性，备受学生的欢迎溜溜球类似于“滚摆”，对称的左、右两轮通过固定轴连接(两轮均用透明塑料制成)，轴上套一个可以自由转动的圆筒，圆筒上系条长约1 m的棉线，玩时手掌向下，用力向正下方掷出溜溜球，当滚到最低处时，轻抖手腕，向上拉一下绳线，溜溜球将返回到你的手上，如图5所示溜溜球在运动过程中()图5a一边转动一边向下运动，由于重力做功，溜溜球越转越快，动能不断增大，溜溜球的势能转化为动能b在溜溜球上下运动的过程中，由于发生动能和势能的相互转化，因此机械能守恒c在溜溜球上下运动的过程中，由于空气阻力和绳子与固定轴之间摩擦力的作用，会损失一部分机械能d在溜溜球转到最低点绳子将要开始向上缠绕时，轻抖手腕，向上拉一下绳子，给溜溜球提供能量答案acd解析溜溜球向下运动时，由于重力做正功，动能一定增加，势能转化为动能，选项a正确；溜溜球在上下运动的过程中，由于有阻力做功，所以会损失一部分机械能，机械能不守恒，若不及时补充能量则溜溜球上升的高度会越来越低，因此可在溜溜球运动到最低点时轻抖手腕，向上拉一下绳子，给其补充能量，故选项c、d正确，选项b错误题组一对能量守恒定律的理解及应用1下列关于能量守恒定律的认识不正确的是()a某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加b某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加c不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机不可能制成d石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了答案d解析能量可以转化或转移，但总量不变，a、b、c对；d中机械能转化成了内能，d错2自由摆动的秋千摆动的幅度越来越小，下列说法中正确的是()a机械能守恒b能量正在消失c只有动能和重力势能的相互转化d减少的机械能转化为内能，但总能量守恒答案d解析在秋千摆动的过程中，由于阻力的存在，需要克服阻力做功，机械能会减少，但能量并没有消失，减少的机械能转化为内能，总能量保持不变3有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将()a逐渐升高b保持不变c开机时降低，停机时又升高d开机时升高，停机时降低答案a解析冰箱工作，会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高，a正确4如图1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()图1a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，总能量不变答案b解析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5如图2所示，是一种升降电梯的示意图，a为载人厢，b为平衡重物，它们的质量均为m，上下均由跨过滑轮的钢索系住，在电动机的牵引下使电梯上下运动如果电梯中人的总质量为m，匀速上升的速度为v，电梯即将到顶层前关闭电动机，依靠惯性上升h高度后停止，在不计空气阻力和摩擦阻力的情况下，h为()图2a bc d答案d解析依靠惯性向上运动的过程中，人和电梯的动能、平衡重物的动能、平衡重物的重力势能都在减少，而人和电梯的重力势能增加根据能量守恒定律 (mm)gh(mm)v2mv2mgh，可得h，选项d正确6 (多选)如图3所示，在粗糙的桌面上有一个质量为m的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是()图3a小球的机械能守恒b物块与小球组成的系统机械能守恒c若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块m与桌面间摩擦产生的热量d若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块m与桌面间摩擦产生的热量答案cd解析由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，a错误；由于桌面粗糙，摩擦力对m做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，b错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为m与桌面摩擦生成的热量，c正确；若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分摩擦生热，另一部分转化为m的动能，因此d正确题组二对功能关系的理解及应用7在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项如图4所示，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，设水对她的阻力大小恒为f，那么在她减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()图4a她的动能减少了fhb她的重力势能增加了mghc她的机械能减少了(fmg)hd她的机械能减少了fh答案d解析运动员下降高度h的过程中，重力势能减少了mgh，b错误；除重力做功以外，只有水对她的阻力f做负功，因此机械能减少了fh，c错误，d正确；由动能定理可知，动能减少了(fmg)h，故a错误8如图5所示，轻质弹簧长为l，竖直固定在地面上，质量为m的小球，在离地面高度为h处，由静止开始下落，正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x，在下落过程中，小球受到的空气阻力为f阻，则弹簧在最短时具有的弹性势能为()图5a(mgf阻)(hlx)bmg(hlx)f阻(hl)cmghf阻(hl)dmg(lx)f阻(hlx)答案a解析设小球克服弹力做功为w弹， 则对小球应用动能定理得(mgf阻)(hlx)w弹ek0，所以，w弹(mgf阻)(hlx)，即为弹簧在最短时具有的弹性势能9 (多选)如图6所示，在抗洪救灾中，一架直升机通过绳索用恒力f竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱，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()图6a力f所做的功减去克服阻力所做的功等于木箱重力势能的增量b木箱克服重力所做的功等于木箱重力势能的增量c力f、重力、阻力三者的合力所做的功等于木箱动能的增量d力f和阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量答案bcd解析木箱运动过程中，有力f、重力、阻力三个力对木箱做功，合力做功决定着物体动能的改变量，c正确，a错误；重力做功决定着重力势能的改变量，b正确；除重力做功以外，其他力做功的代数和等于物体机械能的改变量，d正确10 (多选)如图7所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮质量分别为m、m(mm)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()图7a两滑块组成系统的机械能守恒b重力对m做的功等于m动能的增加c轻绳对m做的功等于m机械能的增加d两滑块组成系统的机械能损失等于m克服摩擦力做的功答案cd解析对于m和m组成的系统，除了重力、轻绳弹力做功外，摩擦力对m做了功，系统机械能不守恒，选项a错误；对于m，合外力做的功等于其重力、轻绳拉力及摩擦力做功的代数和，根据动能定理可知，m动能的增加等于合外力做的功，选项b错误；对于m，只有其重力和轻绳拉力做了功，根据功能关系可知，除了重力之外的其他力对物体做的正功等于物体机械能的增加量，选项c正确；对于m和m组成的系统，系统内轻绳上弹力做功的代数和等于零，只有两滑块的重力和m受到的摩擦力对系统做了功，根据功能关系得，m的摩擦力对系统做的功等于系统机械能的损失量，选项d正确题组三摩擦生热及产生内能的有关计算11如图8所示，木块静止在光滑水平桌面上，一子弹水平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为l，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中不正确的是()图8a木块的机械能增量为flb子弹的机械能减少量为f(ld)c系统的机械能减少量为fdd系统的机械能减少量为f(ld)答案d解析木块机械能的增量等于子弹对木块的作用力f做的功fl