7.10能量守恒定律與能源學(xué)案全集（人教必修2）

710 能量守恒定律與能源新課導(dǎo)航一、能量1概念：一個(gè)物體 ，我們就說(shuō)這個(gè)物體具有了能量。如：運(yùn)動(dòng)的物體可以推動(dòng)與其接觸的另一個(gè)物體一起向前運(yùn)動(dòng)，對(duì)被推動(dòng)的物體做功,說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。又如流動(dòng)的河水、被舉高的重物、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體都能對(duì)外做功。因此都具有能量。2形式：能量有各種不同的形式。運(yùn)動(dòng)的物體具有 ；被舉高的重物具有 ；發(fā)生彈性形變的物體具有 ；由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)具有 。另外自然界中還存在化學(xué)能、電能、光能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。不同的能與物體的不同運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng),如機(jī)械能對(duì)應(yīng) ；內(nèi)能與大量微觀粒子的 相對(duì)應(yīng)。3能量的轉(zhuǎn)化：各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,當(dāng)物體的某種形式的能量增加時(shí),一定存在其他物體的能量減少。4功是能量轉(zhuǎn)化的量度不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的 的過(guò)程。且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)，因此，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。二、能量守恒定律1內(nèi)容：能量既不會(huì) ，也不會(huì) ,它只會(huì)從一種形式 為其地形式，或者從一個(gè)物體 另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量的總量 ，這個(gè)規(guī)律叫做能量守恒定律。2定律的表達(dá)式： 3.發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的意義：能量守恒定律的建立，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。重點(diǎn)說(shuō)明：該定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一，是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線(xiàn)。在應(yīng)用中，要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能，發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。三、能源和能量耗散1能源是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類(lèi)利用能源大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即、。2能量耗散：燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次聚集起來(lái)供人類(lèi)重新利用；電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周?chē)h(huán)境的內(nèi)能，我們也無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。 3與能量守恒定律：在能源的利用過(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上并沒(méi)有減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用了，能量耗散遵循能量守恒定律。4能量耗散的方向性：能量的耗散從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程具有方向性。如內(nèi)能可自發(fā)的由高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體；機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而物體的內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為物體的機(jī)械能。精講精練知識(shí)點(diǎn)1 能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解例1 在某密閉隔熱的房間內(nèi)有一電冰箱，現(xiàn)接通電源使電冰箱開(kāi)始工作，并打開(kāi)電冰箱的門(mén)，則過(guò)一段時(shí)間后室內(nèi)的溫度將 ( )A降低 B不變C升高 D無(wú)法判斷知識(shí)點(diǎn)2 “功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的理解物體動(dòng)能的增量由外力做的總功來(lái)量度：W外=Ek，這就是動(dòng)能定理。物體重力勢(shì)能的增量由重力做的功來(lái)量度：WG= -EP，這就是勢(shì)能定理。物體機(jī)械能的增量由重力以外的其他力做的功來(lái)量度：W其它=E機(jī)，（W其它表示除重力以外的其它力做的功），這就是機(jī)械能定理。當(dāng)W其它=0時(shí)，說(shuō)明只有重力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。一對(duì)互為作用力反作用力的摩擦力做的總功，用來(lái)量度該過(guò)程系統(tǒng)由于摩擦而減小的機(jī)械能，也就是系統(tǒng)增加的內(nèi)能。f d=Q（d為這兩個(gè)物體間相對(duì)移動(dòng)的路程）。例2 某人用手將原來(lái)放在地面上，質(zhì)量為2 kg的物體向上提起1 m，這時(shí)物體的速度為1 m/s，則在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A手對(duì)物體做功為21 J B合外力做功20 J C合外力做功為21 J D物體克服重力做功21 J教材補(bǔ)充高空的氣溫為什么低研究大氣現(xiàn)象時(shí)常常用到熱力學(xué)第一定律，通常把溫度、壓強(qiáng)相同的一部分空氣作為研究的對(duì)象，叫做氣團(tuán)，直徑上千米，由于氣團(tuán)很大，邊緣部分和外界的熱交換對(duì)整個(gè)氣團(tuán)沒(méi)有明顯的影響，所以氣團(tuán)的內(nèi)能的增減只等于外界對(duì)它做功或它對(duì)外界做功的多少。陽(yáng)光烤暖了大地，地面又使得下層的氣團(tuán)溫度升高，密度減小，因而上升上升時(shí)氣團(tuán)膨脹，推擠周?chē)目諝猓瑢?duì)外做功，因此內(nèi)能減小，溫度降低所以，越高的地方，空氣的溫度越低對(duì)于干燥的空氣，大約每升高1km溫度降低7（如下圖）。飛機(jī)在萬(wàn)米高空飛行的時(shí)候，艙外氣溫往往在50以下。由于機(jī)上有空調(diào)設(shè)備，艙內(nèi)總是溫暖如春。不過(guò)這時(shí)空調(diào)的作用不是使空氣升溫，而是降溫。高空的大氣壓比艙內(nèi)氣壓低，要使艙內(nèi)獲得新鮮空氣必須使用空氣壓縮機(jī)把空氣從艙外壓進(jìn)來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，空氣壓縮機(jī)對(duì)氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度上升。如果不用空調(diào)，機(jī)艙內(nèi)的溫度可能達(dá)到50以上！課 內(nèi) 訓(xùn) 練學(xué)海泛舟1下列說(shuō)法正確的是 ( )A能源的利用過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和傳遞的過(guò)程B太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的D有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生2關(guān)于能量耗散，下列說(shuō)法中正確的是 ( )A能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量減少了B能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性C能量耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了D能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性3關(guān)于能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 （ ）A能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但不能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體B能量的形式多種多樣，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化C一個(gè)物體能量增加了，必然伴隨著別的物體能量減少D能的轉(zhuǎn)化與守恒定律證明了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能存在的4質(zhì)量為m的子彈，以速度v0水平射人放在光滑水平面上的質(zhì)量為M的木塊中(未穿出)，從子彈射進(jìn)木塊到子彈剛相對(duì)于木塊靜止，下列結(jié)論錯(cuò)誤的是 ( )A子彈動(dòng)能的減少量與子彈克服摩擦力做功的數(shù)值相等B子彈克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能C子彈對(duì)木塊的摩擦力做正功，其功的數(shù)值等于木塊增加的動(dòng)能D子彈損失的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能和系統(tǒng)增加的內(nèi)能之和5、指出下列物理現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況：(1)燃料在氣缸內(nèi)燃燒，氣缸內(nèi)氣體推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，是_能轉(zhuǎn)化為_(kāi)能。(2)給盛水的容器內(nèi)的電阻絲通電，水溫升高，是_能轉(zhuǎn)化為_(kāi)能。(3)汽車(chē)緊急制動(dòng)后在地面上滑行直到靜止的過(guò)程，是_能轉(zhuǎn)化為_(kāi)能。(4)跳傘運(yùn)動(dòng)員打開(kāi)降落傘后，勻速下降階段是_能轉(zhuǎn)化為_(kāi)能。課 外 探 究vm3001如圖所示，物體沿傾角為30的固定斜面以g/2的加速度勻減速上升，則在此過(guò)程中，物體的機(jī)械能是 （ ）A不變的 B減小的 C增加的 D不能判斷的2自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)的幅度越來(lái)越小，對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是 ( )A機(jī)械能守恒B能量正在消失C只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化D減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量保持不變3閱讀下列兩段材料，回答后面兩個(gè)問(wèn)題。閱讀材料一：當(dāng)今世界的，主要能源是煤、石油、天然氣等化學(xué)燃料。這些燃料在地球上的蘊(yùn)藏量是有限的，而且又都是經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年才能形成的非再生能源，用一點(diǎn)少一點(diǎn)，最終會(huì)枯竭。如全球有開(kāi)采價(jià)值的石油總儲(chǔ)量為955億噸，按每年28億噸的開(kāi)采速度計(jì)，只須34年便耗盡；煤也只能開(kāi)采200年左右。因此研究新能源迫在眉睫。從近期和遠(yuǎn)景看，主要新能源是核能和氫能。閱讀材料二：石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了溫室效應(yīng)，使得地面的氣溫上升，兩極的冰雪熔化，海平面上升，淹沒(méi)沿海城市，海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等。常規(guī)能源的使用會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和浮塵(例如，燃煤釋放出的二氧化硫形成酸雨)，能引起人的多種疾病。問(wèn)題一：說(shuō)說(shuō)你身邊由于能源的使用而造成環(huán)境污染的例子。結(jié)合以上材料，談?wù)勀銓?duì)常規(guī)能源的大量開(kāi)采和使用帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題。問(wèn)題二：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源呢?問(wèn)題三：談?wù)勀銓?duì)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)。為使我們社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，我們現(xiàn)在能做什么?將來(lái)可以做什么?710 能量守恒定律與能源精講精練例1 思路分析 電冰箱制冷過(guò)程中，使冰箱內(nèi)放出熱量Q放，溫度降低，同時(shí)使其外部空氣吸收熱量Q吸，溫度升高，此過(guò)程不可能自發(fā)發(fā)生，必須借助壓縮機(jī)的工作來(lái)完成，由于壓縮機(jī)中的線(xiàn)圈有電阻，電流流過(guò)電阻要發(fā)熱，此部分焦耳熱將使室內(nèi)溫度上升，即從整體來(lái)看冰箱相當(dāng)于一個(gè)發(fā)熱電阻在使用。故正確答案是C。答案：C例2 思路分析 從功是能量轉(zhuǎn)化的量度來(lái)分析，合外力功應(yīng)等于物體運(yùn)動(dòng)的增量，動(dòng)能的增加量為1 J，可見(jiàn)B、C錯(cuò)。在提起物體的過(guò)程中，除重力做功之外，只有手對(duì)物體