《2019物理同步大讲堂人教必修二课件：7.10 能量守恒定律与能源2 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019物理同步大讲堂人教必修二课件：7.10 能量守恒定律与能源2 .ppt（78页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、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_。,转化,转移,转化,转移,保持不变,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。,普遍,重要,可靠,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
2、期、_时期、_时期。自工业革命以来，煤和_成为人类的主要能源。,煤炭,石油,石油,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。,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。,虽未减少,降低了,不便于利用,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
3、的，所以自然界的能量虽然_，但还是很有必要节约能源。,能量耗散,守恒,【思考辨析】(1)煤自古至今都是人类的主要能源。()(2)能量耗散表明能量正在逐渐消失。()(3)世上总能量虽然不变,但我们仍需要有节能意识。()(4)随着科技进步,“永动机”是可制成的。(),提示:(1)。煤近期才被人类发现,远古的人类所需的主要能源是柴薪。(2)。能量耗散并非说明能量在消失,而是指可利用的能源正在减少。(3)。世上总能量虽然不变,但可利用的能源正在逐渐减少,故我们仍需要节约能源。(4)。“永动机”是不可能制成的,因为它违背了能量守恒定律。,【生活链接】1.风是一种潜力很大的新能源,十八世纪初,横扫英法两国
4、的一次狂暴大风,吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船,并有数千人受到伤害,二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于0.75千瓦)的功率!如图所示为风力发电的装置,那么,风力发电装置的能量转化情况是怎样的?,提示:风力发电是把风的动能转为电能。,2.21世纪内太阳能将成为全球主要能源之一,是最原始的能源,地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能具有资源充足、长寿,分布广泛、安全、清洁,技术可靠等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形,式的能
5、量,因此应用范围非常广泛,在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。如图所示,这是一组太阳能装置,那么,能量是怎样转化的?提示:太阳能转化为电能。,知识点一能量守恒定律的理解和应用探究导入:“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。,(1)进入大气层很长一段时间,返回舱加速下落,返回舱表面温度逐渐升高。该过程动能和势能怎么变化?机械能守恒吗?(2)返回舱表面温度越高,内能越大。该过程中什么能向什么能转化?机械能和内能的总量变化呢?,提示:(1)动能增加,势能减少,由于有摩擦阻力做功,机械能不守恒。(2
6、)该过程中机械能减少,内能增加,机械能向内能转化,由于不涉及其他能量的转化,故机械能和内能的总量不变。,【归纳总结】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)。,【特别提醒】(1)能量守恒定律是自然界的一条普遍规
7、律。(2)一种能量增加了一定伴随着另外一种能量减小了。,【典题通关】考查角度1能量守恒定律的理解【典例1】关于能量守恒定律,下列说法错误的是()世纪金榜导学号35684097,A.能量能从一种形式转化为另一种形式,但不能从一个物体转移到另一物体B.能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化C.一个物体能量增加了,必然伴随着别的物体能量减少D.能量守恒定律说明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失,【正确解答】选A。能量可以在不同物体之间转移也可以转化,但能的总量保持不变。,考查角度2能量守恒定律的应用【典例2】如图所示,由理想电动机带动的水平传送带匀速运动,速度大小为v,现将一小工件放到传送带左端点
8、上。设工件初速度为零,当它在传送带上滑动一段距离后速度达到v,之后与传送带保持相对静止。设工,件质量为m,它与传送带间的动摩擦因数为,左右端点相距L,则该电动机每传送完一个工件消耗的电能为世纪金榜导学号35684098()A.mglB.mv2C.mgl+mv2D.mv2,【正确解答】选D。在运动的过程中只有摩擦力对物体做功,由动能定理可知,摩擦力对物体做的功等于物体动能的变化,即为:W=mv2,根据牛顿第二定律知道工件的加速度为g,所以速度达到v而与传送带保持相对静止所用时间t=,工件的位移为,工件相对于传送带滑动的路程大小为x=vt-,则产生,的热量Q=mgx=mv2。设该电动机每传送完一个
9、工件消耗的电能为E,则由能量守恒定律得:mv2+Q=E,所以E=mv2+Q=mv2,选项D正确。,【误区警示】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。,【过关训练】1.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”违背了能量守恒定律,因而是不可能的,D.
10、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,【解析】选C。永动机是指不消耗能量,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,结果都以失败而告终,原因就是违背了能量守恒定律。人类只能发现规律、利用规律。违背规律行事,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,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,B错。马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质能,C对。所谓“全自
11、动”手表其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,才会维持手表的走动,D错。,2.“天舟一号”发射成功,我国将迈进“空间站时代”,如图所示,“天舟一号”在点火后,竖直加速上升的过程中,忽略其质量的变化,则“天舟一号”的()A.重力势能减少,动能减少,机械能减少B.重力势能减少,动能增加,机械能增加C.重力势能增加,动能减少,机械能减少D.重力势能增加,动能增加,机械能增加,【解析】选D。“天舟一号”竖直加速上升的过程中,高度增加,速度增大,由Ep=mgh和Ek=mv2知,其重力势能增加,动能增加,故机械能增加,D正确。,【补偿训练】1.
12、人们有在房前种树的习惯,夏天大树长出茂密的叶子,为人们挡住炎炎烈日,冬天叶子又会全部掉光,使温暖的阳光照入屋内,可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天,我们在经过有树的地方时,也会感到很明显的凉意,关于树木周围比较凉爽的现象,下列说法中正确的是(),A.树木把大部分太阳光反射出去,使地面温度降低B.树木吸收阳光,使自己温度升高,周围温度降低C.树木吸收阳光,将阳光的能量转化为化学能,使环境温度变低D.白天大树将热量存起来,晚上再将热量放出来,所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热,【解析】选C。植物发生光合作用,消耗掉太阳能转化成化学能,根据能量守恒,阳光的能量转化成化学能,所以树木下会比较凉爽,
13、故C正确。,2.一个盛水袋,某人从侧面缓慢推装液体的袋壁使它变形至如图实线所示位置,则此过程中袋和液体的重心将()A.逐渐升高B.逐渐降低C.先降低再升高D.始终不变,【解析】选A。人对液体做正功,液体的机械能增加,液体缓慢移动可以认为动能不变,重力势能增加,重心升高,A正确。,知识点二功能关系的理解和应用探究导入:高山滑雪,起源于阿尔卑斯山地域,又称“阿尔卑斯滑雪”或“山地滑雪”。如图所示,某滑雪爱好者由高处沿雪坡匀速疾驰而下。试问:,(1)下滑过程中,重力做什么功?重力势能怎么变化?(2)下滑过程中,人的动能变化吗?表明合力做什么功?(3)人的机械能怎么变化?表明除了重力外其他力做什么功?
14、,提示:(1)下滑过程中,重力做正功,重力势能减少。(2)下滑过程中,人的动能不变,表明合力不做功。(3)人的机械能减少,表明除了重力外其他力做负功。,【归纳总结】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。,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:,【典题通关】考查角度1对功能关系的定性分析【典例1】(多选)如图所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑
15、轮。质量分别为M、m(Mm)的滑块,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后,沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程中世纪金榜导学号35684099()A.两滑块组成系统的机械能守恒B.重力对M做的功等于M动能的增加C.轻绳对m做的功等于m机械能的增加D.两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功,【正确解答】选C、D。因为M克服摩擦力做功,所以系统机械能不守恒,A错误。由功能关系知系统减少的机械能等于M克服摩擦力做的功,D正确。对M,除重力外还有摩擦力和轻绳拉力对其做功,由动能定理知B错误。对m,有拉力和重力对其做功,由功能关系
16、知C正确。,考查角度2对功能关系的定量运算【典例2】(2016全国卷)轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l。现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图所示。,物块P与AB间的动摩擦因数=0.5。用外力推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后放开,P开始沿轨道运动。重力加速度大小为g。世纪金榜导学号35684100,(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间
17、的距离。(2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P的质量的取值范围。,【规范解答】,(1)依题意,当弹簧竖直放置,长度被压缩至l时,质量为5m的物体的动能为零,其_转化为弹簧的弹性势能。由机械能守恒定律可知,弹簧长度为l时的弹性势能为Ep=_设P到达B点时的速度大小为vB,由能量守恒定律得,重力势能,5mgl,联立式,取M=m并代入题给数据得vB=若P能沿圆轨道运动到D点,其到达D点时的向心力不能小于_,即P此时的速度大小v应满足-mg0设P滑到D点时的速度为vD。由机械能守恒定律得,重力,联立式得vD=vD满足式要求,故P能运动到D点,并从D点以速度vD水平射出。设P落回到轨道AB所需
18、的时间为t,由运动学公式得2l=_P落回到AB上的位置与B点之间的距离为s=_联立式得s=2l,vDt,(2)为使P能滑上圆轨道,它到达B点时的速度不能小于零。由式可知5mgl_要使P仍能沿圆轨道滑回,P在圆轨道上的上升高度不能超过半圆轨道的_。由机械能守恒定律有_联立式得答案:,Mg4l,中点C,Mgl,【规范警示】(1)理解题干说明的各种状态和过程。(2)能量守恒和机械能守恒的意义是不同的,不要误写成一个。(3)刚好过D点的速度不是零,而是,该题属于“绳模型”,不是“杆模型”。(4)要用物理方程来表达“P能滑上圆轨道,又能沿圆轨道滑下”的意义。,【规律方法】应用功能关系解题的基本步骤(1)
19、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。,【过关训练】1.(多选)如图所示,一块长木板B放在光滑的水平面上,在B上放一物体A,现以恒定的外力F拉B,由于A、B间摩擦力的作用,A将在B上滑动,以地面为参照物,A、B都向前移动一段距离。在此过程中(),A.外力F做的功等于A和B动能的增量B.B对A的摩擦力所做的功,等于A的动能增量C.A对B的摩擦力所做的功,等于B对A的摩擦力所做的功D.外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和,【解析】选B、D。A物体所受的合外力等于B对A的摩
20、擦力,对A物体运用动能定理,则有B对A的摩擦力所做的功等于A的动能增量,即B对。A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反,但是由于A在B上滑动,A、B对地的位移不等,故二者做功不等,C错。对B应用动能定理,WF-WFf=EkB,即WF=EkB+WFf就是外力F对B做的功,等于B的动能增量与B克服,摩擦力所做的功之和,D对。由上述讨论知B克服摩擦力所做的功与A的动能增量(等于B对A的摩擦力所做的功)不等,故A错。,2.(多选)(2015全国卷)如图,滑块a、b的质量均为m,a套在固定竖直杆上,与光滑水平地面相距h,b放在地面上,a、b通过铰链用刚性轻杆连接,由静止
21、开始运动。不计摩擦,a、b可视为质点,重力加速度大小为g,则(),A.a落地前,轻杆对b一直做正功B.a落地时速度大小为C.a下落过程中,其加速度大小始终不大于gD.a落地前,当a的机械能最小时,b对地面的压力大小为mg,【解析】选B、D。选b滑块为研究对象,b滑块的初速度为零,当a滑块落地时,a滑块没有在水平方向上的分速度,所以b滑块的末速度也为零,由此可得b滑块速度是先增大再减小,当b滑块速度减小时,轻杆对b一直做负功,A项错误;当a滑块落地时,b滑块的速度为零,由机械能守恒定律,可得a落地时速度大小为,B项正确;当b滑块速度减小时,轻杆对a、b都表现为拉力,拉力在,竖直方向上有分力与a的
22、重力合成,其加速度大小大于g,C项错误;a的机械能先减小再增大,当a的机械能最小时,轻杆对a、b的作用力均为零,故此时b对地面的压力大小为mg,D项正确。,3.一质量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E
23、k=(mgsin+f)sE=fs联立上式，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,【补偿训练】1.(多选)如图所示，一固定斜面倾角为30，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大小等于重力加速度的大小g。物块上升的最大高度为H，则此过程中，物块的(),A.动能损失了2mgHB.动能损失了mgHC.机械能损失了mgHD.机械能损失了mgH【解析】选A、C。由于
24、mgsin30+Ff=mg，故Ff=mg，由动能定理-mgH-Ff2H=Ek知，动能变化量Ek=-2mgH，即动能减少了2mgH，A对，B错；机械能的变化量E=-Ff2H=-mgH，C对，D错。,2.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做功既增加了弹簧的弹性势能,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。,【拓展例题】考查内容:能量守恒定律的实际应用【典例】一水电站,水流的落差为20m,水流冲击水轮发电机后,水流的能有20%转化为电能,若发电机的功率为200kW,则每分钟的水流量是多少?(g取10m/s2),【正确解答】设1分钟水的流量为Q，则在1分钟内流水的质量m=Q在1分钟内流水减少的重力势能Ep=mgh=Qgh由题意可知：发电机的功率P=整理得：Q=代入数据得：答案：300m3,