高中物理 7.10能量守恒定律与能源（探究导学课型）课件 新人教版必修2.ppt

10能量守恒定律与能源 一 能量守恒定律1 建立能量守恒定律的两个重要事实 1 确认了永动机的 A 可能B 不可能 性 2 发现了各种自然现象之间能量的 与 B 相互联系 转化 2 内容 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中 能量的总量 3 意义 能量守恒定律的建立 是人类认识自然的一次重大飞跃 它是最 最 最 的自然规律之一 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 转化 转移 转化 转移 保持不变 普遍 重要 可靠 自我思悟 1 一个叫丹尼斯 李 DennisLee 的美国人在 美国今日 新闻周刊 等全国性报刊上刊登大幅广告 在全美各地表演 展示其号称无需任何能源的发电机 你认为这种发电机能造出来吗 并说明原因 提示 不能 丹尼斯 李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能 违背了能量守恒 因此这种发电机不能制造出来 2 如图小朋友沿滑梯向下滑动过程中 他们身上发生了哪些能量间的转化 小朋友的机械能守恒吗 提示 小朋友下滑时 重力势能减少 动能增加 同时他们与滑梯的内能也增加 小朋友的机械能减少 一部分转化为内能 二 能源和能量耗散1 能源与人类社会 人类对能源的利用大致经历了三个时期 即柴薪时期 时期 时期 自工业革命以来 煤和 成为人类的主要能源 2 能量耗散 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去 就不会再次自动聚集起来供人类重新利用 电池中的化学能转化为电能 电能又通过灯泡转化成 和 热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的 我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用 煤炭 石油 石油 内能 光能 内能 3 能源危机的含义 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 但在可利用的品质上 从便于利用的变成 的了 4 能量转化的方向性与节约能源的必要性 反映了能量转化的宏观过程具有方向性 所以 能源的利用是有条件的 也是有代价的 所以自然界的能量虽然 但还是很有必要节约能源 虽未减少 降低了 不便于利用 能量耗散 守恒 自我思悟 有的同学认为 既然自然界总能量是守恒的 那就没必要节约能源了 他的观点为何不对 提示 总能量虽然守恒 但是可利用的能量越来越少 所以人类应节约可利用能源 一 能量守恒定律的应用规律方法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 表达式 1 E初 E末 初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和 2 E增 E减 能量的增加量等于能量的减少量 3 应用步骤 1 明确研究对象及研究过程 2 明确该过程中 哪些形式的能量在变化 3 确定参与转化的能量中 哪些能量增加 哪些能量减少 4 列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式 或初 末状态能量相等的守恒式 微思考 1 行驶在水平路面上的汽车关闭发动机以后 会慢慢停止前进 该过程中汽车减少的机械能转化为什么能 总能量还守恒吗 提示 汽车减少的机械能转化为汽车 路面及周围空气的内能 汽车 路面及周围空气的总能量不变 2 机械能守恒定律与能量守恒定律有区别吗 提示 机械能守恒定律与能量守恒定律是两个不同层面上的定律 机械能守恒定律是众多能量守恒定律中的特例 只有符合一定的条件 系统的机械能才守恒 而系统的总能量一定保持不变 即能量守恒定律是无条件的 题组通关 示范题 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其他能量 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 解题探究 1 能量守恒定律的根本原因 能量既不会凭空 也不会凭空 2 这里的永动机是指一种什么样的 机器 提示 这里的永动机是指不消耗能量而能永远对外做功的机器 产生 消失 规范解答 选C 永动机是不消耗或少消耗能量 可以大量对外做功的装置 违背能量守恒定律 A错误 能量不可能凭空消失 B错误 能量也不可能凭空产生 C正确 D错误 通关1 1 1 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 下列说法正确的是 A 机械能守恒B 能量正在消失C 只有动能和重力势能的相互转化D 减少的机械能转化为内能 但总能量守恒 解析 选D 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 说明机械能减少 摩擦阻力对秋千做负功 使减少的机械能转化为内能 正确选项为D A B C错误 2 多选 下列说法正确的是 A 某种形式的能减少 一定存在其他形式能的增加B 因为能量守恒 所以 能源危机 是不可能的C 能量耗散表明 在能源的利用过程中 能量在数量上并未减少 但在可利用的品质上降低了D 能源的利用受能量耗散的制约 所以能源的利用是有条件的 也是有代价的 解析 选A C D 本题考查对能量守恒定律及能量耗散的理解 能量只能转化或转移 在转化或转移过程中总量不变 能量耗散表明能量在数量上并未减少 只是在可利用的品质上降低了 变式训练 1 一质量均匀 不可伸长的绳索 重为G A B两端固定在天花板上 现在最低点C处施加一竖直向下的力 将最低点缓慢拉至D点 在此过程中 绳的重心位置 A 逐渐升高B 逐渐降低C 先降低后升高D 始终不变 解析 选A 外力对绳索做正功 绳索的机械能增加 由于绳索的动能不变 增加的必是重力势能 重力势能增加是重心升高的结果 故A正确 2 人身体在最佳状态下 只能把人体化学能的25 转化为有用的机械能 假如一位质量为60kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率 若他平均每小时登高500m 那么 他在5h内共消耗的化学能为多少 g取10m s2 解析 运动员每小时增加的机械能Ep mgh 3 105J 运动员每小时消耗的化学能E1 1 2 106J 5h内运动员消耗的化学能E 5 E1 6 106J 答案 6 106J 素养升华 利用能量转化与转移解题的两点注意 1 能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化 也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移 2 能量在转化与转移过程中 能量的总量保持不变 利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化 分析时避免出现遗漏 二 对功能关系的理解深化理解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 或转移 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 或转移 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 具体功能关系如表 微思考 神舟十号 飞船返回舱进入地球大气层以后 由于它的高速下落 而与空气发生剧烈摩擦 返回舱的表面温度达到1000摄氏度以上 1 返回舱进入地球大气层以后 哪些力做功 做什么功 提示 重力做正功 空气阻力做负功 2 以上过程涉及了哪些能量间的转化 提示 返回舱重力做的功等于其重力势能的减少量 阻力做的功等于返回舱机械能的减少量 重力与阻力做的总功等于返回舱动能的增加量 题组通关 示范题 2013 海南高考 一质量m 0 6kg的物体以v0 20m s的初速度从倾角 30 的斜坡底端沿斜坡向上运动 当物体向上滑到某一位置时 其动能减少了 Ek 18J 机械能减少了 E 3J 不计空气阻力 重力加速度g取10m s2 求 1 物体向上运动时加速度的大小 2 物体返回斜坡底端时的动能 解题探究 1 等于物体动能的变化 2 等于物体重力势能的变化 合外力所做的功 重力所做的功 规范解答 1 设物体运动过程中所受的摩擦力为f 向上运动的加速度的大小为a 由牛顿第二定律可知a 设物体的动能减少 Ek时 在斜坡上运动的距离为s 由功能关系可知 Ek mgsin f s E fs 联立 式 并代入数据可得a 6m s2 2 设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm 由运动学规律可得sm 设物体返回斜坡底端时的动能为Ek 由动能定理得Ek mgsin f sm 联立以上各式 并代入数据可得Ek 80J答案 1 6m s2 2 80J 通关1 1 1 拓展延伸 示范题 中 1 物体沿斜坡上升到最高点时 它的机械能损失了多少 2 从上升到返回到斜坡底端过程中 系统共产生了多少内能 解析 1 解法一 选斜坡底端高度为参考平面 物体的机械能损失 E减 E1 E2 mv02 mgsmsin30 20J 解法二 物体的机械能损失等于它克服摩擦力做的功 E减 fsm 0 1mgsm 20J 2 解法一 根据能量守恒定律 系统产生的内能等于物体机械能的减少量 E E1 E3 mv02 mv2 40J 解法二 系统产生的内能等于它克服摩擦力做的功 E 2fsm 2 0 1mgsm 40J 答案 1 20J 2 40J 2 多选 2014 桂林高一检测 如图所示 高h 2m的曲面固定不动 一个质量为1kg的物体 由静止开始从曲面的顶点滑下 滑到底端时的速度大小为4m s g取10m s2 在此过程中 下列说法正确的是 A 物体克服摩擦力做功20JB 物体的动能增加了8JC 物体的重力势能减少了20JD 曲面对物体的支持力对物体不做功 解析 选B C D 根据动能定理得mgh Wf mv2 1 42J 8J B对 其中重力做功WG mgh 1 10 2J 20J 故重力势能减少20J C对 所以摩擦力做功Wf 8J 20J 12J A错 支持力始终与物体的速度垂直 故支持力不做功 D对 3 2013 宁波高一检测 蹦床运动员与床垫接触的过程可简化为下述模型 运动员从高处落到处于自然状态的床垫 A位置 上 随床垫一同向下做变速运动到达最低点 B位置 如图 有关运动员从A运动至B的过程 说法正确的是 A 运动员的机械能守恒B 运动员的速度一直减小C 运动员的机械能先增加后减小D 运动员先失重后超重 解析 选D 运动员从A运动至B的过程 床垫弹力对运动员做负功 运动员的机械能转化成了蹦床的弹性势能 运动员的机械能不断减小 A C错 该过程运动员受到的合力先是向下后向上 加速度也是先向下后向上 所以运动员先失重后超重 D对 运动员的速度是先增加后减小的 B错 变式训练 如图所示 滑块静止于光滑水平面上 与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态 现用恒定的水平外力F作用于弹簧右端 在向右移动一段距离的过程中 拉力F做了10J的功 上述过程中 A 弹簧的弹性势能增加了10JB 滑块的动能增加了10JC 滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10JD 滑块和弹簧组成的系统机械能守恒 解析 选C 拉力F做功既增加了弹性势能 还增加了滑块的动能 A B错 系统增加的机械能等于拉力F做的功 C对 D错 素养升华 应用功能关系解题的基本步骤 1 明确研究对象 2 分析物体的运动过程并画图展示 3 分析力对研究对象的做功情况和能量转化形式 4 根据动能定理或能量守恒定律列方程求解 资源平台 备选角度 能量守恒定律在实际问题中的应用 示范题 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 的气流动能转化为电能 则该风车的发电机功率是多大 标准解答 在t时间内作用于风车的气流质量m r2vt 这些气流的动能为Ek mv2 转化成的电能为E mv2 10 所以风车带动发电机的功率为P r2v3 10 代入数据得P 3 4kW 答案 3 4kW 摩擦力做功与机械能的变化 案例剖析 多选 2013 琼海高一检测 如图所示长木板A放在光滑的水平地面上 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 则从物体B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中 下述说法中正确的是 A 物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B 物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C 物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统内能的增加量之和D 摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量 精讲精析 选C D 物体B动能的减少量等于B克服摩擦力做的功 也等于B的机械能的减少量 A错 摩擦力对物体B做的功等于B机械能的减少 摩擦力对木板A做的功等于A机械能的增加 故摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统机械能的减少量 由能量守恒定律 系统内能增加量等于机械能的减少量 故B错 C D对 名师指津 摩擦力做功不一定能引起机械能的变化 1 由于一对相互作用的静摩擦力的位移总是相同 而摩擦力本身等值反向 所以它们做功的代数和总为零 静摩擦力做功的过程 只引起物体间机械能的转移 而没有机械能转化 2 一对相互作用的滑动摩擦力的位移总是不同 故它们做功的代数和不为零 而且总功为负值 在数值上等于两个物体机械能的减少量 减少的机械能转化成了内能 自我小测 1 多选 如图所示 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水平射中木块 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L 子弹进入木块的深度为s 若木块对子弹的阻力Ff视为恒定 则在此过程中产生的热量 A Q Ff L s B Q mv02 mv2C Q FfsD Q mv02 M m v2 解析 选C D 对木块 FfL Mv2对子弹 Ff L s mv2 mv02联立可得 Ffs mv02 M m v2依据能量转化和守恒定律 Q mv02 M m v2产生的热量Q Ffs 故C D正确 2 2014 巴蜀中学高一检测 如图所示 工厂利用足够长的皮带传输机把货物从地面运送到高出水平地面的C平台上 C平台离地面的高度一定 传输机的皮带以一定的速度v顺时针转动且不打滑 将货物轻轻地放在A处 货物随皮带到达平台 货物在皮带上相对滑动时 会留下一定长度的痕迹 已知所有货物与皮带间的动摩擦因数为 满足tan 可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力 A 皮带对货物做的功等于货物动能的增加量B 皮带对货物做的功等于货物对皮带做的功C 因传送货物 电动机需多做的功等于货物机械能的增加量D 货物质量m越大 系统产生的热越多 解析 选D 皮带对货物做的功等于货物的机械能的增加量 即动能和势能的增加量的和 A错 设货物向上加速时的加速度为a 则它加速过程沿皮带方向的位移为x物 此过程皮带前进的距离x带 故皮带对货物做的功W1 mgcos x物 货物对皮带做的功W2 mgcos x带 W1 W2 B错 根据能量守恒定律知 电动机对皮带多做的功 等于货物机械能的增加量和系统内能增加量的和 C错 系统产生的热量Q mgcos x带 x物 mgcos 故m越大 产生的热量越多 D对 3 如图所示 斜面的倾角为 质量为m的滑块距挡板P的距离为s0 滑块以初速度v0沿斜面上滑 滑块与斜面间的动摩擦因数为 滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力 若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失 求滑块经过的总路程 解析 滑块最终要停在斜面底部 设滑块经过的总路程为s 对滑块运动的全程应用功能关系 全程所产生的热量为Q mv02 mgs0sin 又因为全程产生的热量等于克服摩擦力所做的功 即Q mgscos 解以上两式可得答案