2018-2019学年高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.3 能量的转化与守恒 4.4 能源与可持续发展学案 沪科版必修2.doc

4.3能量的转化与守恒 4.4能源与可持续发展学习目标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、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等，各种不同形式的能量可以相互转化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)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)是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的二、能源与可持续发展1能量的转化效率(1)任何机器都不可能(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一定小于(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方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性3第二类永动机不违反(填“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但违反(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、石油、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源，是不可(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新能源，千方百计地提高不可再生能源的合理利用率和转化效率，并且厉行节约，避免浪费即学即用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()2一个质量为60 kg的登山运动员，他登山时平均每小时登高500 m(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3 h内消耗的化学能为_J(g取10 m/s2)答案3.6106 J解析3 h内增加的机械能Emgh60105003 J9105 J消耗的化学能E3.6106 J.一、对能量守恒定律的理解导学探究(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？(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AD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，总能量是守恒的二、能量守恒定律的应用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例2如图1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，求：(g取10 m/s2)图1(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.答案(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J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 BvAvB，QAQBCvAvB，QAvB，QAQB答案D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6(多选)质量为m1、m2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v1和v2，位移分别为s1和s2，如图3所示，则这段时间内此人所做的功的大小等于()图3AFs2BF(s1s2)C.m2v22(mm1)v12D.m2v22答案BC解析根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F(s1s2)，也等于m2v22(mm1)v12，即B、C正确二、非选择题7(能量的利用)一台水轮发电机组，每秒有2.0 m3的水流过水轮机，若河坝水位高度差是20 m，则水每秒对水轮机最多能做多少功？若有40%的机械能转化为电能，问发电机的输出功率为多大？(水的密度103 kg/m3，g取10 N/kg)答案4105 J1.6105 W解析若使水对水轮机做功最多，则把水的重力势能全部转化为水轮机的机械能则每秒对水轮机做功为WmghgVh10310220 J4105 J由P得P出1.6105 W.