7.10能量守恒定律和能源

高一物理导学案 必修二第七章课题：第2节 能量守恒定律与能源 备课人：蒋长柱学习目标：知识与技能：自然界里存在着各种形式的能及其相互转化。了解能量守恒定律的发现和确立过程。理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。能用能量守恒定律的观点解释、分析一些实际问题。过程与方法：通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。情态价值观：违背客观规律的研究和探索是不可取的。感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。深切体会国家倡导建设节约型社会的重要意义。教学重点：能量守恒定律的内容。教学难点：应用能量守恒定律解释、分析一些实际问题。知识链接：通过前面几节内容的学习，我们进一步体会到功与能的密切关系，并由此推导出了只在重力或弹力做功的情况下关于机械能的一个非常重要的规律：机械能守恒定律。问1：下列事例中的机械能是否守恒，并说出能量转化情况：雨滴接近地面时匀速下落铅球在空中飞行（不计空气阻力）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。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。问2：如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（ ），下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（ ）如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面中学习过程：问3：机械能是能的一种形式，我们还知道那些形式的能？问4：由上述事例可知机械能不守恒时，与其他形式的能相互转化，举例说明：人们早就认识到自然界中各种形式的能在一定的条件下都能相互转化，在19世纪40年代，在科学界逐渐形成了用联系的观点去观察自然的思想氛围，把分立的环节连成一体。在这样的情况下，不同国家、不同领域的十几位科学家以不同的方式，各自独立的提出这样的观点：问5：能量守恒定律：问6：能量守恒定律发现的重大意义：举例解释：第一类永动机在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。但始终没有人实现。任何违背能量守恒定律的研究都是徒劳。问7：人类利用能源的发展过程？ 问8：既然能量是守恒的，不可能消灭的，为什么我们还要节约能源呢？问8：能量耗散？问9：能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？达标训练：1、【A】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. 上述不同现象所包含的相同物理过程是.物体克服阻力做功 .物体的动能转化为其他形式的能.物体的势能转化为其他形式的能 .物体的机械能转化为其他形式的能A. B. C. D. 2、【B】一质量为2kg的物块从离地80m高处落下，测得落地速度为30m/s ，求下落过程中产生的内能。（g=10m/s2）3、【C】一小滑块放在如图所示固定的凹形斜面上，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？ABKF2-10-14、【C】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。总结反思：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.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。【材料阅读】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十九世纪自然科学三大发现1、细胞学说：主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位。这样，就论证了整个生物界在结构上的统一性，细胞把生物界的所有物种都联系起来了，生物彼此之间存在着亲缘关系。这是对生物进化论的一个巨大的支持。细胞学说的建立有力地推动了生物学的发展，为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据，恩格斯对此评价很高，把细胞学说誉为19世纪自然科学的三大发现之一。 2、生物进化论：1859年，英国生物学家和生物进化论的奠基者达尔文，在其巨著物种起源中提出了生物进化的自然选择学说。该学说的要点是群体中的个体具有性状差异，这些个体对其所处的环境具有不同的适应性；由于空间和食物有限，个体间存在生存竞争，结果，具有有利性状的个体得以生存并通过繁殖传递给后代，具有不利性状的个体会逐渐被淘汰(达尔文把自然界这种留优汰劣的过程称为自然选择)；由于自然选择的长期作用，分布在不同地区的同一物种就可能出现性状分歧和导致新物种的形成。 3、能量守恒和转化定律：能量守恒和转化定律，是19世纪自然科学的一块重要理论基石。能量守恒的意义首要的是建立物质运动变化过程中的某种物理量间的等量关系。对此，我们无需知道物质间实际的相互作用过程，也无需知道物质运动变化过程中的能量间的转化途径，只要建立和物质运动状态相对应的能量与物理量间的关系，就可以对物质运动变化过程中得初状态和终状态间建立一种等量关系，这样便于对物质运动变化过程的量求解。答案：达标训练：1、D2、动能定理mgh-E=1/2mv所以E=mgh-1/2mv =2*10*80-1/2*2*30*30 =1600-900 =700J 3、解析：根据功能关系，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=AB+CD；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=ABD。4、解法一 用牛顿第二定律求解物块A、B的受力如图2所示.设物块A受到的摩擦力大小为f，绳中张力为T.用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升的加速度为a.物块A克服摩擦力所做的功为W，根据牛顿第一定律对物块A有F-f-T=mAa，对物块B有T-mBg=mBa.根据功的定义，物块A克服摩擦力所做的功W=fh，由运动学知识知v2=2ah.解上列四个方程可知.解法二 用动能定理求解设所求物块A克服摩擦力所做的功为W，轻绳的张力大小为T.用水平恒力F拉物块A，使物块B上升距离为h的过程中，由动能定理对物块A有，对物块B有.解上列两式得.解法三 用功能关系求解设所求物块A克服摩擦力所做的功为W.对物块A、B整体，根据功能关系，有.解得.解法四 用F-s图象