高中物理 《能量守恒定律与能源》学案4 新人教版必修2

1 能量守恒定律与能源能量守恒定律与能源 自主学习自主学习 1 能量 1 概念 一个物体能够对外 我们就说这个物体具有 如 运动的物体 可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动 对被推动的物体做功 说明运动的物体具有 能量 又如流动的河水 被举高的重物 被压缩的弹簧 高温高压气体 都能对外做功 因此都具有能量 2 形式 能量有各种不同的形式 运动的物体具有 被举高的重物具有 发 生弹性形变的物体具有 由大量粒子构成的系统具有 另外自然 界中还存在化学能 电能 光能 太阳能 风能 潮汐能 原子能等等不同形式的能 不同的能与物体的不同运动形式相对应 如机械能对应 内能与大量微观 粒子的 相对应 3 能量的转化 各种不同形式的能量可以相互转化 而且在转化过程中 保持不变 也就是说当某个物体的能量 时 一定存在其他物体的能量 且减少量一定 增加量 当 的能量减少时 一定存在其他形式的能量增加 且减少量一定 增加量 4 功是能量转化的量度 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的 做功的过程就是各种形式的 的过程 且做了多少功 就有 能量发生转化 或转移 因此 功是能量转化的 2 能量守恒定律 1 内容 能量既不会 也不会 它只会从一种形式 为其地形式 或者从一个物体 另一个物体 而在转化和转移过程中 能量的总量 这个规 律叫做能量守恒定律 2 定律的表达式 3 能源和能量耗散 1 能源是人类社会活动的物质基础 人类利用能源大致经历了三个时期 即 2 能量耗散 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去 它就不会 起来供 人类重新利用 电池中的化学能转化为电能 它又通过灯泡转化为内能和光能 热和光被其他 物质吸收之后变成周围环境的内能 我们也无法把这些内能 起来 这种 现象叫做能量的耗散 答案 1 做功 能量 动能 重力势能 弹性势能 内能 机械运动 热运动 总量 减少 增加 等于某种形式 等于 能量之间转化 或转移 多少 量度 消灭 创生 转化 转移 保持不变 E初 E终 E增 E减 柴薪时期 煤炭时期 石油时期 自动聚集 收集 重新利用 探究学习探究学习 引入新课引入新课 教师活动 提出问题 我们已学习了多种形式的能 请同学们说出你所知道的能量形 式 我们还知道不同能量之间是可以相互转化的 请你举几个能量转化的 例子 学生活动 思考并回答问题 列举实例 2 教师活动 演示实验 1 在一个玻璃容器内放入沙子 拿一个小铁球分别从某一高度 释放 使其落到沙子中 思考 小球运动过程中机械能是否守恒 请说出小球运动过程中能量的转 化情况 演示实验 2 在盛有水的玻璃容器中放一小木块 让小木块在水中上下浮 动 过一段时间 小木块停止运动 思考 小木块运动过程中机械能是否守恒 请说出小球运动过程中能量的 转化情况 学生活动 观察实验并积极思考 讨论后 选出代表发表见解 教师活动 听取学生汇报 总结点评 回答学生可能提出的问题 点评 通过学生举例和演示实验 说明各种形式的能量可以相互转化 增强学生的感 性认识 并激发学生的学习兴趣 唤起学生强烈的求知欲 教师活动 引入课题 以上实验表明 各种形式的能量可以相互转化 一种能量减少 必有其他能量增加 一个物体的能量减少 必定其他物体能量增加 能量 的总和并没有不化 这就是我们今天要学习的能量守恒定律 进行新课进行新课 1 1 能量守恒定律 能量守恒定律 教师活动 引导学生阅读教材 说出能量守恒定律的内容 并引用教材上的话 说明 能量守恒定律的建立有何重大意义 历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器 即永动机 这样的机器能不能制成 为什么 学生活动 认真阅读教材 思考并回答问题 教师活动 提出问题 引出下一课题 既然能量是守恒的 不可能消灭 为什么我们还要节约能源 2 2 能源和能量耗散 能源和能量耗散 教师活动 引导学生阅读教材 了解人类应用能源的历程 能源对人类社会发展所起 的作用 人类在利用能源的同时也对环境造成了严重污染 什么是能量耗散 能量耗散与能量守恒是否矛盾 该怎样理解 学生活动 认真阅读教材 思考并回答问题 教师活动 听取学生汇报 总结点评 回答学生可能提出的问题 课堂训练课堂训练 1 功与能 能是状态量 功是过程量 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的 做功的 过程就是各种形式的能量之间转化 或转移 的过程 且做了多少功 就有多少能量发生转化 或转移 因此 功是能量转化的量度 如举重运动员把重物举起来 对重物做了功这一过程 中 运动员通过做功消耗了体内的化学能 转化为重物的重力势能 并且 运动员做了多少功 就有多少化学能转化为重力势能 能量的具体值往往无多大意义 我们关心的大多是能量的 变化量 能量的变化必须通过做功才能实现 某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系 例 1 分析常见力做功与能量转化的对应关系 重力做功 弹力做功 电场力做功 电流做功 解答 重力做功 重力势能和其他能相互转化 弹力做功 弹性势能和其他能相互 转化 3 电场力做功 电势能与其他能相互转化 电流做功 电能和机械能等其他形 式的能相互转化 2 能量守恒定律 能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一 是学习物理学的一条主线 要分清系统中有多少种形式的能 发生了哪些转化和转移 滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能 即 Q FL相 注意 1 某种形式的能减少 一定存在其他形式的能增加 且减少量一定和增加量相等 2 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 这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路 例 2 如图 2 10 1 所示 在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮 K 一条不可伸 长的轻绳绕过 K 分别与物块 A B 相连 A B 的质量分别为 mA mB 开始时系统处于静止 状态 现用一水平恒力 F 拉物块 A 使物块 B 上升 已知当 B 上升距离为 h 时 B 的速度为 v 求此过程中物块 A 克服摩擦力所做的功 重力加速度为 g 解答 由于连结 AB 绳子在运动过程中未松 故 AB 有一样的速度大小 对 AB 系统 由 功能关系有 Fh W mBgh mA mB v2 求得 W Fh mBgh mA mB v2 1 2 1 2 例 3 一小滑块放在如图 2 10 2 所示的凹形斜面上 用力F沿斜面向下拉小滑块 小 滑块沿斜面运动了一段距离 若已知在这过程中 拉力F所做的功的大小 绝对值 为 A 斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B 重力做功的大小为G 空气阻力做功的大小 为D 当用这些量表达时 小滑块的动能的改变 指末态动能减去初态动能 等于多少 滑块的重力势能的改变等于多少 滑块机械能 指动能与重力势能之和 的改变等于多 少 解析 根据动能定理 动能的改变等于外力做功的代数和 其中做负功的有空气阻力 斜面对滑块的作用力的功 因弹力不做功 实际上为摩擦阻力的功 因此 Ek A B C D 根据重力做功与重力势能的关系 重力势能的减少等于重力做的功 因此 Ep C 滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功 因此 E A B D 3 能源和能量耗散 能量耗散表明 在能源的利用过程中 即在能量的转化过程中 能量在数量上并未减少 但在利用的品质上降低了 从便于利用的变成不便于利用的了 是能源危机更深层次的含意 也 是 自然界的能量虽然守恒 但还是要节约能源 的根本原因 能量和能源是两回事 非再 生能源和可再生能源是两回事 作为常规能源的煤炭 石油 天然气等面临枯竭 节能和开 发新的能源已是人类必须面对的实际问题 能源对造福人类具有极重要的意义 节约每一份 A B K F 2 10 12 10 2 4 能源 不仅能提高能源的利用价值 对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用新的 能源有待于人类去开发 有待开发和利用的新能源主要指 太阳能 地热能 风能 水 能 核能 由于煤 石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的 所以人们也称它们为化石 燃料 由于这些能源是不能再次生产 也不可能重复使用的 所以称为非再生能源 例 4 太阳能的储存一直是个难题 科学家发现 盐水湖被太阳晒久了 湖底的湿度会越 来越高 并难以通过湖水的对流将热散发出去 而淡水湖不具备这一特点 根据这一特点 可 以利用盐水湖来储存太阳能 你能分析这是为什么吗 你能根据这规律设计出一种储存太阳 能的具体方案吗 提示 盐水湖中含盐量高的湖水密度大 总是留存湖底不会上浮 解答 在含盐量高的湖水的表面吸收了太阳能之后 部分水分被蒸发 使湖水表面水层含 盐量变大且温度也随之升高 由于含盐量高的湖水密度大 所以这部分密度大 温度高的表 层湖水就会在重力作用下下沉 将所吸收的郜分太阳能带到湖底 使湖底温度越来越高 由于 湖底盐水密度大于上部湖水密度 因此湖底的盐水不会再向上运动 将