高一物理必修2（粤教）课件：4.6《能量 能量转化与守恒定律》

欢迎进入物理课堂 第六节能量的转化与守恒 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 第六节能量的转化与守恒 课标定位 课标定位学习目标 1 知道自然界中各种不同形式的能量之间可以相互转化且能量转化和转移的方向性 2 能够叙述能量守恒定律的内容并会用能量守恒的观点分析计算一些实际问题 重点难点 能量转化与守恒定律的应用 课前自主学案 一 各种各样的能量自然界中存在着不同形式的能量 与物体的机械运动对应的能量称 与物体内大量分子热运动及分子间相互作用对应的能量称为 与电磁运动对应的能量称为 与物质的化学运动对应的能量称为 二 能量之间的转化虽然自然界中存在多种形式的能量 但不同形式的能量之间可以相互 机械能 内能 电磁能 化学能 转化 思考感悟1 不同形式能量间的相互转化是通过什么实现的 在某一过程中能量转化了多少可以用什么来量度 提示 不同形式能量间的相互转化是通过做功实现的 做功的过程就是能量发生相互转化的过程 且做了多少功 就有多少能量发生相互转化 即功是能量转化的量度 三 能量转化与守恒定律1 内容 能量既不会凭空 也不会凭空 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量不变 2 意义 能量转化与守恒定律是最基本 最重要的自然规律之一 它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 它指出了能量既不能无中生有 也不能 只能在一定条件下相互 产生 消失 转化 转移 最普遍 消灭 转化 思考感悟2 永动机 如图4 6 1所示 新闻又现江湖 国内某知名报纸曾经在头版正中央位置登出一则报道 无偏二极管有望开辟新的能源出路 声称中国科学院生物研究所研究员发明的无偏二极管在不需要外加任何能源的条件下 只要环境温 一个经典的永动机设计方案图4 6 1 度高于负273 该器件就能奇迹般地输出直流电流 将是一种取之不尽 完全没有污染的新型能源 此消息一经刊登 就招致众人的口诛笔伐 大家一致认为 这是一条假新闻 可能是因为记者 编辑的科学素质不高 只听发明者的一面之词就急急忙忙地发表出来 你认为大家为何说这是一条假新闻 提示 本新闻报道的发明不消耗其他能量而源源不断地产生电能违背了能量守恒 因此是假新闻 四 能量转化和转移的方向性能量转化和转移具有 如烧火生热 化学能通过燃烧转化为内能 但内能不会自发地重新转化为化学能 方向性 核心要点突破 一 功能关系的进一步理解1 内容 功是能量转化的量度 2 对功能关系的四点理解 1 能量的转化是通过做功来完成的 做功的过程就是能量转化的过程 如 重力做功 可使重力势能和动能发生相互转化 弹簧的弹力做功 可使弹性势能和动能发生相互转化 电动机做功 可将电能转化为机械能 电流做功 可将电能转化为内能和光能等等 2 做了多少功 就有多少能量发生了转化 如 运动员将质量为150kg的杠铃举高了2m 他做了3000J的功 就有约3000J的化学能转化为 杠铃的 重力势能 3 自然界中各种不同性质的力 如重力 弹力 摩擦力 分子力 电磁力 核力等等 做功 使形形色色的能发生相互转化 不同力做的功对应着不同的能量转化 虽然它们做功的计算方式可能不同 但做了多少功就有多少能量由一种形式转化为另一种形式 4 功是能量转化的量度 这是功的物理意义 它建立起了功与能量转化的桥梁 因此通过做功的多少可以定量地研究能量及能量转化的问题 3 几个常用的功能关系由于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 常见的力做功与能量变化的对应关系如下 特别提醒 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 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 选D 功和能是两个不同的概念 故A错误 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错误 外力做功与物体能量的有无无关 故C错误 功是能量转化的量度 故D正确 二 能量转化与守恒定律的理解1 表达式 1 E1 E2 2 E增 E减2 对能量转化与守恒定律的三点理解 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 能量转化与守恒定律是19世纪最伟大的发现之一 它不仅适用于无机界 也适用于生命过程 是自然界中最基本 最普遍的规律 3 第一类永动机是不可能制成的第一类永动机不需要任何动力和燃料 却能不断地对外做功 这违背了能量转化与守恒定律 所以第一类永动机是不可能制成的 特别提醒 1 能量守恒是无条件的而机械能守恒是有条件的 即只有重力或弹力做功 2 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 解决问题的习惯 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 图4 6 2表示撑杆跳运动的几个阶段 助跑 撑杆起跳 越横杆 试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况 图4 6 2 答案 运动员的助跑阶段 身体中的化学能转化为人和杆的动能 起跳时 运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和动能 使人体上升至横杆以上 越过横杆后 运动员的重力势能转化为动能 课堂互动讲练 一小滑块放在如图4 6 3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 若已知在这个过程中 拉力F所做的功的大小 绝对值 为A 斜面对滑块的作用 图4 6 3 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 用这些量来表达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 精讲精析 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做的功 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所做的功 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 方法总结 应用功能关系分析问题时 一定要搞清什么力的功对应什么能的变化并且力对 谁 做功就对应 谁 的位移 引起 谁 的能量变化 单选 2011年广州质检 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 违背了能量转化和守恒定律 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 精讲精析 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转化和守恒定律 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 故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 但辐射到星际空间的能量也没有消失 一定是转化成了别的能量 所以B错 马和其他动物 包括人要运动 必须消耗能量 动物的能量来源于食物中储存的化学能 因此C正确 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 使摆锤不停摆动 给游丝弹簧补充能量 才会维持手表的走时 如果把这种表放在桌面上静置两天 它一定会停摆的 故D错 答案 C 方法总结 大量实验和实践证明 一切现象和过程都遵守能量守恒定律 在解决任何问题时 能量守恒的思想不能动摇 如图4 6 4所示 一子弹以水平速度射入置于光滑水平面上原来静止的木块 并留在木块中 在此过程中子弹钻入木块的深度为d 木块的位移为s 木块对子弹的摩擦阻力大小为f 则在这一过程中系统机械能损失了多少 由能的转化和守恒定律你能得出什么结论 图4 6 4 答案 fd见精讲精析 方法总结 摩擦生热是一个属于系统的现象 其本质就是一对滑动摩擦力做功代数和总为负 计算摩擦生热可依据能量转化与守恒定律 在滑动摩擦力大小一定的情况下 也可由Q fs相对求解 如图4 6 5所示 滑块从A点由静止开始沿斜面下滑 过O点后滑上右边斜面B点时的速度恰好等于零 O点附近光滑 滑块经过O点没有能量损失 若滑块从B点以某速度v沿原路往回滑 到达A点时速度也恰好为零 求A B两点之间的高度差 图4 6 5 思路点拨 滑块从A至B的过程中 重力势能减少量为mg h 这部分能量转化为内能 物体从B至A的过程中 动能损失一部分转变为重力势能mg h 另一部分转化为内能 变式训练如图4 6 6所示 质量为m的物体 从半径为R的竖直半圆形轨道的边缘由静止开始下滑 滑至最低点时速度为v 则物体沿轨道下滑的过程中 产生的内能是多大 图4 6 6 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全