粤教版必修2 第四章 10 能量的转化与守恒 学案.docx

学案10能量的转化与守恒学习目标定位 1.了解自然界中存在多种形式的能量.2.知道能量守恒定律是最基本，最普遍的自然规律之一.3.通过能量守恒以及能量转化和转移的方向，认识提高效率的重要性一、能量的多样性及相互转化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二、能量转化与守恒定律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：(1)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(2)宣布“第一类永动机”不可能制成三、能量转移和转化的方向性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；热水中的内能通过热传递可以自发地转移到冷水中去，但是内能不能自发地再从冷水传递给原来的热水；能量在利用过程中总存在一定的损失，不可能100%的被利用一、各种各样的能量、能量之间的转化要点提炼1各种形式的能量自然界存在着形式多样的能量如：机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等2能量之间的转化各种形式的能量是可以相互转化的例如：在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能；通过电流的导线变热，电能转化成内能；燃料燃烧生热，化学能转化成内能；灼热的灯丝发光，内能转化成光能二、能量转化与守恒定律问题设计请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？(1)植物进行光合作用(2)放在火炉旁的冰融化变热(3)电流通过灯泡，灯泡发光答案(1)光能转化为化学能(2)内能由火炉转移到冰(3)电能转化为光能要点提炼1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2能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，e初e终(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减三、能量转化和转移的方向性问题设计既然能量是守恒的，不可能消失，为什么我们还要节约能源，提高能量利用的效率？答案能量转移、转化的过程虽然是守恒的，但能量的转移和转化是具有方向性的，比如说，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，再度被人们利用，所以要节约能源；而且，能量在被利用的过程中，不可能100%地被利用，所以要提高能量利用的效率要点提炼在整个自然界中，所有宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程(1)热传导的方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高(2)机械能和内能转化过程的方向性机械能是可以全部转化为内能的，但在任何情况下都不可能把从高温热源吸收的热量全部转变为有用的机械功，而且工作物质本身又回到原来的状态，即内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化四、功能关系的理解1功和能的关系可以从以下两个方面来理解：(1)不同形式的能量之间的转化通过做功来实现，即做功的过程就是能量转化的过程；(2)做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式，即能量转化的多少可用做功的多少来量度2常用的几种功能关系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wgepep1ep2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epep1ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化w合ekek2ek1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其他ee2e1负功机械能减少两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能变化fs相对q注意功和能的本质不同，并且功和能也不能相互转化，而只能是通过做功实现能量的转化一、对能量守恒定律的理解例1(双选)下列关于能量守恒定律的认识正确的是()a某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加b某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加c随着科学技术提高不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械可能会制成d石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了解析根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，a、b对，d错永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，c错答案ab二、能量守恒定律的应用图1例2(单选)如图1所示，一个粗细均匀的u形管内装有同种液体，液体质量为m.在管口右端用盖板a密闭，两边液面高度差为h，u形管内液体的总长度为4h，拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为()a.mgh b.mghc.mgh d.mgh解析去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能如图所示，最终状态可等效为右侧长h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则qmghmgh，故a正确答案a三、对功能关系的理解及应用图2例3如图2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s，求这个过程中：(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)根据动能定理有mg(sl)mv20，其中(sl)为小铁块相对地面的位移，从上式可看出ekmmg(sl)，说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增加量(3)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系，得ekmmgs，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功mgs.(4)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功emgl.答案(1)mgl(2)mg(sl)(3)mgs(4)mgl1(对能量守恒定律的理解)(单选)利用能源的过程实质上是()a能量的消失过程b能量的创造过程c能量不守恒的过程d能量转化或转移并且耗散的过程答案d解析利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，a、b、c错误，d正确2(能量守恒定律的应用)(双选)一颗子弹以某一速度击中静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是()a子弹减少的机械能等于木块增加的机械能b子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量c子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和d子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子弹增加的内能之和答案bd3(能量转化和转移的方向性)(双选)下列过程中，可能实现的是()a水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能b利用不同深度的海水温度不同制造一种机器，把海水的内能转化为机械能c粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高d静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来答案bc解析根据能量转化和转移的方向性可知，物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，也不能使静止在光滑水平面上的物体运动起来，因此选项a、d是错误的，而选项b、c都是可实现的过程图34.(功能关系的应用)如图3所示，斜面的倾角为，质量为m的滑块距挡板p的距离为s0，滑块以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为，滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过的总路程答案(s0tan )解析滑块最终要停在斜面底部，设滑块经过的总路程为s，对滑块运动的全程应用能量守恒定律，全程所产生的热量为qmvmgs0sin 又因为全程产生的热量等于克服摩擦力所做的功，即qmgscos 解以上两式可得s(s0 tan )题组一对能量守恒定律的理解1(单选)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了其他形式的能量，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，说明能量是可以凭空产生的答案c解析永动机是指不消耗或少消耗能量而可以大量对外做功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量守恒定律人类只能发现规律、利用规律，但绝不可能创造规律、改变规律、违背规律行事，即使以后科技再发达，也要受自然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，a错太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风、云、雨、雪，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，b错马和其他动物，包括人，要运动，必须消耗能量，运动的能量来源是食物中储存的化学能，c对所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，维持手表的走动，如果把这种表放在桌面上静置多天，它一定会停摆的，d错故选c.2(单选)市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图1所示)在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽该装置的能量转化情况是()图1a太阳能电能机械能b太阳能机械能电能c电能太阳能机械能d机械能太阳能电能答案a解析电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能3(双选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()a物体克服阻力做功b物体的动能转化为其他形式的能量c物体的势能转化为其他形式的能量d物体的机械能转化为其他形式的能量答案ad解析三个现象中物体运动过程中都受到阻力，汽车主要受到制动阻力，流星、降落伞受到空气阻力，因而物体都克服阻力做功，a对；三个物体运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能，d对4(双选)在最近几年的空调市场上出现一个新宠变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的57倍空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是通过自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是()a变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律b变频空调运行中做功少，转化能量多c变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电d变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能答案cd解析自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，a错功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，b错，d对由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，c对题组二能量转化和转移的方向性5(双选)下列过程可能发生的是()a自发地将排放在空气中的高温废气的内能收集起来，使其全部转化为汽车运动的机械能b将浓度为50%的酒精水溶液自发地分开成水和酒精c利用其他手段使内能从低温物体转移到高温物体d利用搅拌的方法使液体的温度升高，内能增大答案cd解析根据能量转化与转移的方向性可知，内能不可能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化所以高温废气的内能不可能自发地全部转化为汽车的机械能，故a选项错；浓度为50%的酒精水溶液不可能自发地分开成为水和酒精，故b选项错误；内能不可能自发地从低温物体转移到高温物体，若采用其他手段(如提供电能)可以使过程可逆，故c选项正确；改变物体内能有两种方式：一是对物体做功；二是热传递所以搅拌对液体做功时可以改变液体内能，使其温度升高，内能增加，故d选项正确6(单选)下列过程中，可能发生的是()a某工作物质从高温热源吸收20 kj的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他变化b打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状c利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高d将两瓶不同液体混合，然后又自发地各自分开答案c解析根据能量转化的方向性可知，机械能可以完全转化为内能，但内能不能够完全转化成机械能而不引起其他变化，内能完全转化为机械能需要借助其他条件，引起其他变化，选项a错误；高压密闭容器内气体可以自由地溢出变为低压气体，但低压气体要变为高压气体，再返回到容器内需要外力作用才能完成，选项b错误；利用空调和冰箱，通过消耗电能可以使物体的温度变得更低，利用电炉可以使物体的温度变得更高，选项c正确；两瓶不同液体混合，分子扩散，但扩散过程不可逆，选项d错误题组三对功能关系的理解7(双选)将质量为m的小球在距地面高度为h处抛出抛出时的速度大小为v0，小球落到地面时的速度大小为2v0.若小球受到的空气阻力不能忽略，则对于小球下落的整个过程中，下列说法正确的是()a小球克服空气阻力做的功小于mghb重力对小球做的功等于mghc合外力对小球做的功小于mvd合外力对小球做的功等于mv答案ab解析由题意可知，小球落地时的速度比抛出时大，即从抛出到落地的过程中，动能变大了根据动能定理w合ek，则w合0，即重力所做的功大于阻力所做的功而这个过程中重力对小球做的功为wgmgh，所以a、b正确从抛出到落地的过程中，合外力做的功等于小球动能的变化量，即w合m(2v0)2mvmvmv，故c、d均错8(双选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为f，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()a他的动能减少了(fmg)hb他的重力势能减少了mghmv2c他的机械能减少了fhd他的机械能减少了mgh答案ac解析在进入水中的过程中，由动能定理，mghfhekek，所以动能的减少量为ekek(fmg)h，故a正确；重力势能的减少量等于重力所做的功，即mgh，故b错误；