高中物理（情景切入+课前导读+问题探究+知能演练）第7章 第10节 能量守恒定律与能源课件 新人教版必修2.pptVIP

第十节能量守恒定律与能源 永动机 空想与诈骗 上世纪20年代德国的一张明信片拿爱因斯坦开玩笑 想想看这个永动机为什么不行 自古至今 声称自己发明了永动机的人 无非是两种人 那些只是在嘴上 纸上宣布自己设计出了永动机的人 可能是由于无知 不知道物理学定律 或偏执 认定物理学定律不成立 的可怜的空想家 当然也可能是骗子 而那些已制造出了永动机 到处推销的人 则可以肯定是百分之百的骗子 在历史上 有的这类骗子相当成功 骗取了大量的投资 1 理解能量的概念 知道各种不同形式的能量 2 明确能量守恒的含义 3 知道能源的合理利用及能量耗散的概念 课前预习 一 能量守恒守律1 机械能守恒定律是普遍的 的一种特殊形式 2 确定能量守恒定律的两类事实 1 确认了 的不可能性 2 各种自然现象之间的相互 与 3 定律内容 能量既不会消灭 也不会创生 它只会从一种形式 能量守恒定律 永动机 联系 转化 为其他形式 或者从一个物体 到另一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的 保持不变 二 能源 能量耗散和能源危机1 常规能源 新能源 能 能 能 2 能量耗散 我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用的现象 反映出自然界中宏观过程的 3 能源危机的含义 在能源的利用过程中 即使在能量的转化过程中 能量在 上并未减小 但在可利用的 上降低了 从便于利用的变成 的了 不便于利用 转化 转移 总量 石油 天然气 煤炭 太阳 风 地热 方向性 数量 品质 如何认识功能关系 1 功是能量转化的量度 做功的过程就是能量转化的过程 做了多少功 就有多少能量发生转化 利用这种关系可以定量地研究能量及其转化的问题 功和能量是有区别的 功是过程量 能是状态量 只能说处于某一状态的物体 或系统 具有多少能 而不能说这个物体 或系统 具有多少功 功是能量转化的量度 决不能说 功是能的量度 因为功只能用来量度物体状态变化时能量变化的多少 而不能用来量度物体在某一状态所具有的能量 2 功能关系 我们关心的大多是能量的变化量 而不是能量的具体数值 能量的转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 即所谓功能关系 3 几种常见的功能关系 名师提示 功和能的关系可以从以下三个层次来理解和把握 1 能量有多种不同的形式 且不同形式的能量可以相互转化 2 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 3 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 尝试应用 1 下列说法中正确的是 a 能就是功 功就是能b 做功越多 物体的能量就越大c 外力对物体不做功 这个物体就没有能量d 能量转化的多少可以用做功来量度解析 功和能是两个不同概念 故a错 做功的多少只是说明了能量转化的多少 而不能说明能量的多少 故b错 外力做功与否不能说明物体能量的有无 故c错 功是能量转化的量度 故d正确 答案 d 如何理解和应用能量守恒定律 1 意义 普遍性 能量守恒定律是分析解决问题的一个极为重要的方法 它比机械能守恒定律更普遍 例如物体在空中下落受到阻力时 物体的机械能不守恒 但包括内能在内的总能量是守恒的 能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系 能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一 2 应用能量守恒定律分析问题的基本思路 1 某种形式的能量减少 一定存在其他形式的能量增加 且减少量和增加量一定相等 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 3 用能量守恒解题的基本步骤 1 分清有多少种形式的能 如机械能 热能 电能等 在变化 2 分别列出减少的能量 e减和增加的能量 e增的表示式 3 列式求解 用能量观点去分析 解决物理问题 往往具有简便 适用范围广等优点 同学们要逐步养成用能量的观点分析 解决问题的素养 名师提示 1 该定律是贯穿物理学的基本规律之一 是学习物理学的一条主线 2 要分清系统中有多少种形式的能 发生了哪些转化和转移 3 某种形式的能的减少 一定伴随着其他形式的能的增加 且增加量一定等于减少量 能量的转化与守恒 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光焰 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 解析 这三个现象中物体运动过程中都受到运动阻力 汽车主要受摩擦阻力 流星 降落伞受空气阻力 选项a正确 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 总之是机械能转化成了其他形式的能 选项d正确 答案 ad名师归纳 不同形式的能量可以相互转化 在转化过程中能量的总量保持不变 明确能量的转化形式和利用能量守恒列方程是解题的关键 变式应用 1 下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是 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 只要科技不断进步 将会制作出 不消耗任何能源而工作的机械 d 石子从空中落下 最后停止在地面上 说明机械能消失了 ab 功能关系 将一个小滑块放在如图所示的凹形斜面上 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 若已知在此过程中 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c 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 滑块的重力势能的改变等于 滑块机械能 指动能与重力势能之和 的改变等于 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 因弹力不做功 实际上为摩擦阻力做的功 因此 ek a b c d 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 答案 a b c d ca b d名师归纳 利用能量守恒定律解题要明确能量的来龙去脉 如果是做功引起能量变化 要对具体能量转化过程进行具体分析 并注意做功的形式不同 能量转化的形式不同 最终利用动能定理和能量守恒定律建立方程关系解题 变式应用 2 如图所示 用手通过弹簧拉着物体沿光滑斜面上滑 下列说法正确的是 a 物体只受重力和弹簧的弹力作用 物体和弹簧组成的系统机械能守恒 b 手的拉力做的功 等于物体和弹簧组成的系统机械能的增加量 c 弹簧弹力对物体做的功 等于物体机械能的增加量 d 手的拉力和物体重力做的总功等于物体动能的增加量 解析 对于物体和弹簧组成的系统 当只有重力做功时机械能才守恒 手的拉力对系统做正功 系统的机械能增大 由功能关系可知 a 错 b 对 对物体弹簧弹力是外力 物体所受外力中 除重力外只有弹簧弹力做功 因此弹簧弹力做的功等于物体机械能的增加量 c对 手的拉力作用于弹簧 因此引起弹簧的形变而改变弹性势能 d错 答案 bc 生活中的能量守恒 风能是一种环保型能源 目前我国风力发电总装机容量已达2640mw mw表示兆瓦 风力发电是将风的动能转化为电能 设空气的密度为 水平风速为v 风力发电机每个叶片的长度为l 风力发电机将风能转化为电能的效率为 求 1 该风力发电机的发电功率p的数学表达式 2 若某地平均水平风速为v 10m s 空气密度 1 3kg m3 所用风力发电机的叶片长度l 4m 效率 25 平均每天发电20小时 则平均每天能获得多少电能 名师归纳 能量守恒定律是处理不同形式的能量转化守恒的一个基本定律 获取题目信息 建立能量转化的模型 利用能量守恒定律建立方程是解题的基本方法 变式应用 3 风力发电是一种环保的电能获取方式 设计使每台风力发电机的功率为40kw 实验测得风的动能转化为电能的效率约为20 空气的密度是1 29kg m3 当地水平风速约为10m s 问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求 解析 设叶片的长度为l 风速为v 在时间t内流向叶片的空气质量为m v l2vt空气的动能ek mv2由能量关系知 ek pt整理得功率p l2v3 解得l 10m 答案 10m 基础练 1 节约能源的重要意义在于 a 可提高经济效益 降低成本b 能暂缓能源紧张的局面c 提高能源的利用率d 可减少对化石燃料的开采 解析 节约能源指的是减少总的能源的消耗 重要意义在于缓和能源紧张的局面 答案 b 2 关于功和能 下列说法正确的是 a 功和能单位相同 意义相同 功就是能 能就是功b 功和能虽然是两个不同的物理量 但是功和能可以相互转化c 水对水轮机做了8 9 106j的功 表示水的能量减少了8 9 106jd 竖直上抛的石子上升过程中克服重力做功5j 表示石子将5j的功转化为5j的重力势能 c 3 2012年海南卷 下列关于功和机械能的说法 正确的是 a 在有阻力作用的情况下 物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功b 合力对物体所做的功等于物体动能的改变量c 物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能 其大小与势能零点的选取有关d 运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量 bc 4 关于能源的利用和节能 下列说法正确的是 a 根据能量守恒定律 能源的利用率应该是100 b 由于能量既不会消灭 也不会创生 总是守恒的 所以节约能源的意义不大c 节约能源只要提高节能意识就行 与科学进步无关d 在能源的利用中 总会有一部分能源未被利用而损失掉 d 5 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 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 解析 压缩机运行时 一部分电能转化为内能 室温升高 答案 a 6 如右图所示 长木板a放在光滑的水平面上 物体b以水平速度冲上a后 由于摩擦力作用 最后停止在木板a上 则从b冲上木板a到相对木板a静止的过程中 下列说法正确的是 a 物体b动能的减少量等于b克服摩擦力做的功b 物体b克服摩擦力做的功小于b动能的减少量c 物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统损失的机械能之和d 摩擦力对木板a做的功等于系统机械能的变化量 ac 提高练 7 如图所示是某类潮汐发电示意图 涨潮时开闸 水由通道进入海湾水库蓄水 待水面升至最高点时关闭闸门 如图甲 落潮时 开 闸放水发电 如图乙 设海湾水库面积为5 0 108m2 平均潮差为3 0m 一天涨落潮两次 发电机的平均能量转化效率为10 则一天内发电的平均功率约为 海水 1 0 103kg m3 g 10m s2 a 2 6 104kwb 5 2 104kwc 2 6 105kwd 5 2 105kw b 8 某地平均风速为5m s 已知空气密度是1 2kg m3 有一风车 它的车叶转动时可形成半径为12m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 代入数据得p 3 4kw 答案 3 4kw 9 为了测量太阳的辐射功率 某人采取如下简单实验 取一个横截面积是3 10 2m2的圆筒 筒内装水0 6kg 用来测量射到地面的太阳能 某一天中午在太阳光直射2min后 水的温度升高了1