2019-2020学年高中物理 第七章 第10节 能量守恒定律与能源课件 新人教版必修2

第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源第七章机械能守恒定律1．了解各种不同形式的能量，知道确立能量守恒定律的两类重要事实，认识建立能量守恒定律的重大意义．2．能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题．(重点)3．了解能量耗散，了解自然界宏观过程中能量转化和转移的方向性，知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的重大问题．一、能量守恒定律内容：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，在转化或转移的过程中，_______________保持不变．转化转移能量的总量二、能源和能量耗散1．能量耗散燃料燃烧时把自己的热量释放出去，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成___________能和___________能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的___________能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．内光内2．能量转化的方向性与节约能源的必要性能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有___________，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．方向性守恒判一判(1)在水平路面行驶的汽车，关闭油门后慢慢停下来，说明能量正在消失．()(2)能量能从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体．()(3)能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散．()(4)既然能量守恒，所以不必担心会发生“能源危机”．()×√××做一做关于能源的利用和节能，下列说法正确的是()A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉提示：选D．能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误．想一想有人在报刊上刊登大幅广告，在各地表演、展示其发明的号称无需任何能源的发电机．你认为这种发电机能制造出来吗？提示：不能．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的规律之一，物体间只能发生能量的转化或转移，但总能量不变，任何事物都不可能违背能量守恒定律．这个人发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违背了能量守恒定律，因此这种发电机不可能制造出来．对能量守恒定律的理解及应用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)ΔE增＝ΔE减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量．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)．(1)机械能守恒定律实际上是能量守恒定律的一种特殊形式．(2)应用能量守恒定律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面．自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接．当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来．现有某人骑车以500J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图中线①所示；第二次启动自充电装置，其动能随位移变化关系如图中线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是()A．200JB．250JC．300JD．500J[思路点拨]一种能量减少，一定伴随着另一种能量的增加，在转化和转移过程中能量的总量保持不变．[解析]电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的35.故节约的能量为初动能的25，由能量守恒得所充的电能为25Ek0＝200J，A正确．[答案]A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．“既让马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的D．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.永动机是指不消耗或少消耗能量，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，但绝不可以创造规律、改变规律，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，地球只吸收了极少的一部分，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化学能，C正确；所谓“全自动”手表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．如果把这种表放在桌面上静置两天，它很可能会停摆的，D错．对功能关系的理解与应用1．功是能量转化的量度不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的．做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程．且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)，因此，功是能量转化的量度．2．功与对应能量的变化关系3．对功能关系的理解(1)不同的力对物体做功会引起不同能量的转化或转移，应根据题中已知和所求，选择合适的功能关系来分析问题．(2)重力势能、弹性势能的改变量与对应的力做的功数值相等，但符号相反．功能关系的各种类型关系可由下图表示：命题视角1做功与能量变化的对应关系如图所示，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点的正上方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AP＝2R，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12mgR[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力，说明此时只有重力提供向心力；(2)合外力对小球做的功等于小球动能的变化．[解析]小球从A点正上方由静止释放，通过轨道最高点B时恰好对轨道没有压力，此时只有重力提供向心力，根据牛顿第二定律有mg＝mv2R，解得v2＝gR，小球从P点运动到B点，重力做的功为mgR，设摩擦力做的功为W，根据动能定理有mgR＋W＝12mv2＝12mgR，故合外力做的功为12mgR，摩擦力做的功为W＝－12mgR，由功能关系知小球的机械能减少12mgR.故选项D正确．[答案]D命题视角2传送带模型中的功能关系如图所示，电动机带动传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块静止放在传送带上(传送带足够长)，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，求：(1)小木块获得的动能；(2)摩擦过程产生的热量；(3)传送带克服摩擦力所做的功；(4)电动机输出的总能量．[思路点拨]当木块的初速度为零时，木块的位移和木块相对皮带的位移恰好相等，从而小木块获得的动能和产生的热量相等；传送带克服摩擦力所做的功与电动机输出的总能量相等．[解析]木块刚放上时速度为零，必然受到传送带的滑动摩擦力作用做匀加速直线运动，达到与传送带相同速度后不再有相对运动，整个过程中木块获得一定的动能，系统要产生摩擦热．对木块：相对滑动时，a＝μg，达到相对静止所用的时间为t＝vμg，木块的位移l1＝12vt＝v22μg，传送带的位移l2＝vt＝v2μg，木块相对传送带的位移Δl＝l2－l1＝v22μg.(1)小木块获得的动能Ek＝12mv2.(2)产生的热量Q＝FfΔL＝Ff(l2－l1)＝μmg(l2－l1)＝12mv2.(3)传送带克服摩擦力所做的功W＝μmgl2＝mv2.(4)电动机输出的总能量转化为小木块的动能和系统产生的热量E＝Ek＋Q＝mv2.[答案](1)12mv2(2)12mv2(3)mv2(4)mv2命题视角3滑块—滑板模型中的功能关系如图所示，质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧冲上质量为m1、长为l、置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时木板对地位移为x1，求这一过程中：(1)木板增加的动能；(2)小铁块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；(4)系统产生的热量．[思路点拨]根据能量守恒定律，知道“该过程中系统产生的热量(内能)，是由系统减少的机械能转化而来的”是处理问题的关键．[解析](1)对木板B根据动能定理得μmgx1＝12m1v2－0所以木板增加的动能ΔEkB＝μmgx1.(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据能量关系可知ΔEkA＝12mv2－12mv20＝－μmg(x1＋l)即小铁块的动能减少了μmg(x1＋l)．(3)系统机械能的减少量为ΔE减＝－ΔEkA－ΔEkB＝μmgl.(4)根据能量守恒定律，系统减少的机械能全部转化为内能，则Q＝ΔE减＝μmgl.[答案](1)μmgx1(2)μmg(x1＋l)(3)μmgl(4)μmgl传送带问题的解题策略(1)要正确分析物体的运动过程，判断物体是一直匀加速运动还是先匀加速再匀速运动；(2)计算力所做的功时，位移是对地位移；计算因滑动摩擦产生的内能时，常用功能关系Q＝fs，需注意的是s为物体之间的相对路程；只有存在滑动摩擦力时才有内能产生．【通关练习】1．(多选)将一质量为1kg的滑块轻轻放置于传送带的左端，已知传送带正以4m/s的速度顺时针运行，滑块与传送带间的动摩擦因数为0．2，传送带左右距离无限长，当滑块放上去2s时，突然断电，传送带以1m/s2的加速度做匀减速运动至停止，则滑块从放上去到最后停下的过程中，下列说法正确的是()A．前2s传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8JB．前2s传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为16JC．2s后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8JD．2s后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为0解析：选AD.前2s，滑块的位移x1＝12μgt2＝4m，传送带的位移x2＝vt＝8m，相对位移Δx＝x2－x1＝4m，2s后滑块随传送带一起做匀减速运动，无相对位移，整个过程中传送带与滑块之间因摩擦力而产生的热量为Q＝μmg·Δx＝8J，选项A、D正确．2．(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＝12mv20－12mv2C．Q＝FfsD．Q＝12mv20－12(M＋m)v2解析：选CD.对木块：FfL＝12Mv2对子弹：－Ff(L＋s)＝12mv2－12mv20联立可得，Ffs＝12mv20－12(M＋m)v2依据能量转化和守恒定律，Q＝12mv20－12(M＋m)v2产生的热量Q＝Ffs，故C、D正确．