2018-2019学年高考物理 主题二 机械能及其守恒定律 2.6 能量的转化与守恒学案 粤教版.doc

2.6能量的转化与守恒学习目标核心提炼1.了解自然界中存在多种形式的能量。1个关系做功与能量转化的关系。1个规律能量守恒定律、能量转移和转化的方向性1个应用应用能量守恒的观点分析实际问题2.明确做功与能量转化的关系。3.理解能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析实际问题。4.知道能量转移和转化的方向性。一、能量转化及守恒定律观图助学如图所示，“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1 000摄氏度。(1)该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？(2)该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？1.各种形式的能量自然界存在着不同形式的能量。如：机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等2.能量之间的转化各种形式的能量是可以相互转化的。例如：在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能；通过电流的导线变热，电能转化成内能；燃料燃烧生热，化学能转化成内能；灼热的灯丝发光，内能转化成光能。3.能量转化与守恒定律(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。(2)意义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。宣布“第一类永动机”不可能制成。理解概念判断下列说法是否正确。(1)机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式。()(2)在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少。()(3)随着科技的发展，永动机是可以制成的。()(4)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。()二、能量转化和转移的方向性观图助学如图是在草地上减速运动的足球，此过程是动能转化成内能而耗散在周围空气中，那么反过来周围空气中内能能自发转化成足球动能让足球加速运动起来吗？在整个自然界中，所有宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。(1)热传导的方向性。两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。(2)机械能和内能转化过程的方向性。机械能是可以全部转化为内能的，但在任何情况下都不可能把从高温热源吸收的热量全部转变为有用的机械功，而且工作物质本身又回到原来的状态，即内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化。理解概念判断下列说法是否正确。(1)能量转移和转化具有方向性与能量守恒相矛盾。()(2)内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化。()(3)热量可以从低温物体传到高温物体。()能量守恒定律的理解和应用观察探究(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？减少的机械能是消失了吗？图1 (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。放在火炉旁的冰融化变热。电流通过灯泡，灯泡发光。答案(1)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)光能转化为化学能内能由火炉转移到冰电能转化为光能探究归纳1.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。2.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。3.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。试题案例例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。答案AD针对训练1 (2018江门高一检测)如图2所示，皮带的速度是3 m/s，两圆心的距离s4.5 m，现将m1 kg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(g取10 m/s2)，求：图2(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机多消耗的电能E。解析(1)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。mgsmv2，解得s3 mvB，QAQB B.vAvB，QAQBC.vAvB，QAvB，QAQB解析两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Qfs相同，根据能量守恒定律有mv2QAmv，mv2QBmvmBv2，由以上两式可知vAvB，综上所述选项D正确。答案D10.(2018全国卷，18)如图6，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为()图6A.2mgR B.4mgRC.5mgR D.6mgR解析设小球运动到c点的速度大小为vc，则对小球由a到c的过程， 由动能定理有F3RmgRmv，又Fmg，解得vc2。小球离开c点后，在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，竖直方向在重力作用下做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可知，小球离开c点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g，则由竖直方向的运动可知，小球从离开c点到其轨迹最高点所需的时间为t2，在水平方向的位移大小为xgt22R。由以上分析可知，小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中，水平方向的位移大小为5R，则小球机械能的增加量为EF5R5mgR，C正确，A、B、D错误。答案C11.一质量m0.6 kg的物体以v020 m/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Ek18 J，机械能减少了E3 J。不计空气阻力，重力加速度g取10 m/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。解析(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，Efs联立上式，并代入数据可得a6 m/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Ek80 J。答案(1)6 m/s2(2)80 J12.如图7所示，绷紧的皮带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s的速率运行，现把一质量为m10 kg的工件(可看成质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处，取g10 m/s2，求：图7(1)工件与皮带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能。解析(1)由题图可知，皮带长s3 m。工件速度达到v0前，做匀加速运动的位移s1t1t1，匀速运动的位移为ss1v0(tt1)，解得加速运动的时间t10.8 s。加速运动的位移s10.8 m，所以加速度a2.5 m/s2，由牛顿第二定律有mgcos mgsin ma，解得。(2)从能量守恒的观点看，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服皮带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量。在时间t1内，皮带运动的位移s皮v0t11.6 m，在时间t1内，工件相对皮带的位移s相s皮s10.8 m，在时间t1内，摩擦生热Qmgs相cos 60 J，工件获得的动能Ekmv20 J，工件增加的重力势能Epmgh150 J，电动机多消耗的电能WQEkEp230 J。答案(1)(2)230 J