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4.3能量的转化与守恒4.4能源与可持续发展,第4章,学习目标,1.掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.2.了解能量转化和转移的方向性，认识人类珍惜和保护能源和资源的必要性.3.了解我国能源状况，认识能源与环境协调发展的必要性.4.掌握各种功能关系，会应用功能关系和能量守恒定律解决问题.,内容索引,重点探究启迪思维探究重点,达标检测检测评价达标过关,自主预习预习新知夯实基础,自主预习,一、能量的转化与守恒,1.能量的多样性：自然界中能量的形式有多种，如：机械能、电磁能、化学能、核能、生物能等，各种不同形式的能量可以相互.2.能量守恒定律：(1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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_.(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律，它宣布第一类永动机(不消耗能量而连续不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的机器)是(填“可能”或“不可能”)制成的.,内能,光能,转化,转化,转移,总,量不变,不可能,二、能源与可持续发展,1.能量的转化效率(1)任何机器都(填“可能”或“不可能”)将输入的能量全部转化为有用的能量.(2)能量的转化效率.(3)机器的能量转化效率(填“一定小于”或“可以等于”)100%.2.能量转化和转移的方向性研究和事实都表明：能量的转化和转移具有性，或者说，能量的转化和转移具有性.,不可能,一定小于,方向,不可逆,3.第二类永动机(填“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但_(填“违反”或“不违反”)能量转化和转移的不可逆性，因此不可能制成.4.能源开发、利用与环境保护(1)煤、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源，是(填“可以”或“不可”)再生的.(2)能源的可持续发展战略：尽可能地开发和利用各种，千方百计地提高不可再生能源的合理和转化效率，并且厉行节约，避免浪费.,不违反,违,反,石油,不可,新能源,利用率,即学即用1.判断下列说法的正误.(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律.()(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能.()(3)能量的转化和转移具有不可逆性.()(4)任何机器的能量转化效率都低于100%.()(5)第一类永动机不能制成是因为违反了能量守恒定律.()(6)第二类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律.(),答案,2.一个质量为60kg的登山运动员，他登山时平均每小时登高500m(竖直高度)，已知人体内将化学能转化为机械能的效率为25%，那么他在3h内消耗的化学能为_.(g取10m/s2),答案,3.6106J,解析3h内增加的机械能Emgh60105003J9105J,解析,重点探究,导学探究(1)在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少.机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？,一、对能量守恒定律的理解,答案,答案机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能.不是.,(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？植物进行光合作用.,答案,答案光能转化为化学能,放在火炉旁的冰融化变热.,电流通过灯泡，灯泡发光.,答案内能由火炉转移到冰,答案电能转化为光能,知识深化1.适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律.2.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.,例1(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明A.在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B.在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C.在水平面上滚动时，总能量正在消失D.在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒,答案,解析,解析在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的.,1.能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初E末.(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.2.能量守恒定律应用的关键步骤：(1)明确研究对象和研究过程.(2)找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少.(3)列出增加量和减少量之间的守恒式.,二、能量守恒定律的应用,例2如图1所示，皮带的速度是3m/s，两圆心的距离s4.5m，现将m1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10m/s2)(1)小物体获得的动能Ek；,答案,图1,答案4.5J,解析,解析设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s.,即物体可与皮带达到共同速度，此时,(2)这一过程摩擦产生的热量Q；,答案,答案4.5J,解析由mgma得a1.5m/s2，由vat得t2s，则Qmg(vts)0.15110(63)J4.5J.,解析,(3)这一过程电动机多消耗的电能E.,答案,答案9J,解析由能量守恒知，这一过程电动机多消耗的电能EEkQ4.5J4.5J9J.,解析,1.功能关系概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程.(2)功是能量转化的量度.做了多少功，就有多少能量发生转化.,三、功能关系的理解与应用,2.功与能的关系：由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：,例3如图2所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力.已知AP2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中A.重力做功2mgRB.机械能减少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功mgR,图2,解析,答案,解析重力做功与路径无关，所以WGmgR，选项A错；,克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项D对.,例4如图3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l，求这个过程中：(1)小铁块增加的动能；,答案mg(lL),图3,答案,解析,解析画出这一过程两物体位移示意图，如图所示.,根据动能定理得mg(lL)Ek即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功.,(2)长木块减少的动能；,答案mgl,答案,解析摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得EkMmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功mgl.,(3)系统机械能的减少量；,答案mgL,解析系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功EmgL.,解析,(4)系统产生的热量.,答案mgL,答案,解析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，也等于系统减少的机械能.,解析,达标检测,1.(能源的利用)关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是A.能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B.化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭C.在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D.随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭,答案,解析,1,2,3,解析能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误.,1,2,3,2.(功能关系)(多选)如图4所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动.已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系式中正确的是,答案,解析,1,2,3,图4,解析画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为ld.由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f.子弹对木块的作用力对木块做正功，,木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得,所以，本题正确选项为A、C、D.,1,2,3,3.(能量守恒定律的应用)如图5所示，一物体质量m2kg，在倾角37的斜面上的A点以初速度v03m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB4m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC0.2m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为D点，D点距A点AD3m.挡板及弹簧质量不计，g取10m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(小数点后保留两位小数)(1)物体与斜面间的动摩擦因数；,图5,答案,解析,1,2,3,答案0.52,解析物体从开始位置A点到最后D点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为EEkEpmv02mglADsin37物体克服摩擦力产生的热量为Qfs其中s为物体的路程，即s5.4mfmgcos37由能量守恒定律可得EQ由式解得0.52.,1,2,3,(2)弹簧的最大弹性势能Epm.,答案24.46J,解析物体由A到C的过程中，动能减小Ekmv02重力势能减少EpmglACsin37摩擦生热QflACmgcos37lAC由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为EpmEkEpQ联立解得Epm24.46J.,1,2,3,答案,解析,
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