2018-2019學(xué)年高中物理_第七章 機(jī)械能守恒定律 10 能量守恒定律與能源課件 新人教版必修2

10能量守恒定律與能源 第七章機(jī)械能守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解各種不同形式的能 知道能量守恒定律確立的兩類(lèi)重要事實(shí) 2 能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容 會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析 解釋一些實(shí)際問(wèn)題 3 了解能量耗散 知道能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題 增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識(shí) 內(nèi)容索引 重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn) 達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān) 自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ) 自主預(yù)習(xí) 一 能量守恒定律1 建立能量守恒定律的兩類(lèi)重要事實(shí) 1 確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的 填 可能 或 不可能 性 2 發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的與 2 內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生 也不會(huì)憑空消失 它只能從一種形式 為另一種形式 或者從一個(gè)物體到別的物體 在或的過(guò)程中 能量的總量 3 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 它是最 最 最的自然規(guī)律之一 而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式 不可能 相互聯(lián)系 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 保持不變 可靠 普遍 重要 1 能源與人類(lèi)社會(huì) 人類(lèi)對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期 即柴薪時(shí)期 時(shí)期 時(shí)期 自工業(yè)革命以來(lái) 煤和成為人類(lèi)的主要能源 2 能量耗散 燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去 就不會(huì)聚集起來(lái)供人類(lèi)重新利用 3 能源危機(jī)的含義 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)量上雖未減少 但在可利用的品質(zhì)上了 從便于利用的變成 的了 4 能量轉(zhuǎn)化的方向性 能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的性 所以自然界的能量雖然守恒 但還是很有必要節(jié)約能源 二 能源和能量耗散 煤炭 石油 石油 再次自動(dòng) 降低 不便于 利用 方向 即學(xué)即用 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 當(dāng)一個(gè)物體的能量減少時(shí) 一定有其他物體的能量增多 2 做功越多 能量的轉(zhuǎn)化也越多 3 外力對(duì)物體不做功 這個(gè)物體就沒(méi)有能量 4 在利用能源的過(guò)程中 能量在數(shù)量上并未減少 5 世上總能量不變 所以我們不需要節(jié)約能源 6 人類(lèi)不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能源 所以能量可以被創(chuàng)造 答案 2 質(zhì)量為0 4kg的皮球 從離地面高0 5m處自由落下 與地面碰撞后以2m s的速度反彈 不計(jì)空氣阻力 g取10m s2 碰撞時(shí)損失的機(jī)械能為 損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為 能 答案 1 2J內(nèi) 重點(diǎn)探究 導(dǎo)學(xué)探究 1 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 計(jì)算發(fā)現(xiàn) 重物減少的重力勢(shì)能的值總大于增加的動(dòng)能的值 即機(jī)械能的總量在減少 機(jī)械能減少的原因是什么 減少的部分機(jī)械能是消失了嗎 答案 一 對(duì)能量守恒定律的理解 答案機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能 不是 2 請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的 1 植物進(jìn)行光合作用 2 放在火爐旁的冰融化變熱 3 電流通過(guò)燈泡 燈泡發(fā)光 答案 答案 1 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 2 內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰 3 電能轉(zhuǎn)化為光能 知識(shí)深化 1 適用范圍 能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律 是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律 2 對(duì)能量守恒定律的理解某種形式的能減少 一定存在其他形式的能增加 且減少量和增加量一定相等 某個(gè)物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定相等 例1 多選 從光滑斜面上滾下的物體 最后停止在粗糙的水平面上 則A 在斜面上滾動(dòng)時(shí) 只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化B 在斜面上滾動(dòng)時(shí) 有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 總能量正在消失D 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 總能量守恒 解析 答案 解析在斜面上滾動(dòng)時(shí) 只有重力做功 只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 有摩擦力做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 總能量是守恒的 故選A D 1 能量守恒定律的表達(dá)式 1 從不同狀態(tài)看 E初 E末 2 從能的轉(zhuǎn)化角度看 E增 E減 3 從能的轉(zhuǎn)移角度看 EA增 EB減 2 能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟 1 明確研究對(duì)象和研究過(guò)程 2 找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量 明確哪些能量增加 哪些能量減少 3 列出增加量和減少量之間的守恒式 二 能量守恒定律的應(yīng)用 答案 例2如圖1所示 皮帶的速度是3m s 兩圓心的距離s 4 5m 現(xiàn)將m 1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上 物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 15 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí) 求 g取10m s2 1 小物體獲得的動(dòng)能Ek 圖1 答案4 5J 解析 解析設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時(shí) 物體相對(duì)地面的位移為s 即物體可與皮帶達(dá)到共同速度 此時(shí) 答案 2 這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q 答案4 5J 解析由 mg ma得a 1 5m s2 由v at得t 2s 則Q mg vt s 0 15 1 10 6 3 J 4 5J 3 這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E 答案9J 解析由能量守恒知E Ek Q 4 5J 4 5J 9J 解析 針對(duì)訓(xùn)練1一彈珠彈射玩具模型如圖2所示 水平粗糙管AB內(nèi)裝有一輕彈簧 左端固定 豎直放置光滑管道BCD 其中CD為半徑R 0 1m的四分之一圓周 C點(diǎn)與地面間的高度H 0 1m 用質(zhì)量m1 0 2kg的彈珠 可看成質(zhì)點(diǎn) 將彈簧緩慢壓縮到某一確定位置M 彈珠與彈簧不固連 由靜止釋放后彈珠恰能停在D點(diǎn) 用同種材料 質(zhì)量m2 0 1kg的彈珠仍將彈簧緩慢壓縮到M點(diǎn)再由靜止釋放 彈珠由D點(diǎn)飛出后落在與D點(diǎn)正下方D 點(diǎn)相距x 0 8m處 g取10m s2 求 1 彈珠m2從D點(diǎn)飛出時(shí)的速度大小 圖2 答案4m s 答案 解析 解析彈珠m2由D點(diǎn)飛出后做平拋運(yùn)動(dòng) 得t 0 2s 2 彈簧被緩慢壓縮到M點(diǎn)時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能 答案1 6J 答案 解析 解析研究彈珠從釋放到D點(diǎn)的過(guò)程 由能量守恒定律得 解得Ep 1 6J 釋放m1的過(guò)程 有Ep m1gx m1g H R 3 保持彈珠m2仍將彈簧緩慢壓縮到M點(diǎn) 改變H的高度 從D點(diǎn)飛出后落在與D點(diǎn)正下方D 點(diǎn)距離x是不同的 求x的最大值 答案1m 答案 解析 由基本不等式得xm 1m 在涉及彈性勢(shì)能等多種形式的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題中 用能量守恒的思想解題可以化繁為簡(jiǎn) 1 功能關(guān)系概述 1 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)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程 2 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 做了多少功 就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化 三 功能關(guān)系的理解與應(yīng)用 2 功與能的關(guān)系 由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度 某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系 具體功能關(guān)系如下表 例3如圖3所示 在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道 半徑OA水平 OB豎直 一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開(kāi)始自由下落 小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力 已知AP 2R 重力加速度為g 則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中A 重力做功2mgRB 機(jī)械能減少mgRC 合外力做功mgRD 克服摩擦力做功mgR 解析 答案 圖3 解析重力做功與路徑無(wú)關(guān) 所以WG mgR 選項(xiàng)A錯(cuò) 克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量 故選項(xiàng)D對(duì) 應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵是深刻理解不同功能關(guān)系的含義 1 重力做功是物體重力勢(shì)能變化的原因 重力做多少功 重力勢(shì)能就減少多少 2 彈力做功是彈簧彈性勢(shì)能變化的原因 彈力做多少功 彈性勢(shì)能就減少多少 3 合力做功是物體動(dòng)能變化的原因 合力做多少功 動(dòng)能就增加多少 4 除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做功是機(jī)械能變化的原因 其他力做多少功 機(jī)械能就增加多少 針對(duì)訓(xùn)練2 多選 如圖4所示 質(zhì)量為m的物體 可視為質(zhì)點(diǎn) 以某一速度從A點(diǎn)沖上傾角為30 的固定斜面 其運(yùn)動(dòng)的加速度大小為g 此物體在斜面上上升的最大高度為h 則在這個(gè)過(guò)程中物體 解析 答案 圖4 解析這個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能增加了mgh 故A錯(cuò)誤 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 能源的利用 關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 下列說(shuō)法中正確的是A 能源應(yīng)用的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程B 化石能源的能量歸根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能 因此化石能源永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭C 在廣大的農(nóng)村推廣沼氣意義重大 既變廢為寶 減少污染 又大量節(jié)約能源D 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 煤炭資源將取之不盡 用之不竭 1 2 3 4 答案 解析 解析能源應(yīng)用過(guò)程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程 各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類(lèi)服務(wù) A錯(cuò)誤 化石能源的能量雖然來(lái)自太陽(yáng)能 但要經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成 且儲(chǔ)量有限 為不可再生能源 B錯(cuò)誤 在廣大農(nóng)村推廣沼氣對(duì)改善農(nóng)村環(huán)境 節(jié)約能源意義重大 功在當(dāng)代 利在千秋 C正確 無(wú)論技術(shù)先進(jìn)與否 煤炭資源不可能取之不盡 用之不竭 D錯(cuò)誤 1 2 3 4 2 功能關(guān)系 多選 如圖5為我國(guó)交通運(yùn)輸部北海救助飛行隊(duì)直升機(jī)在執(zhí)行救助任務(wù) 直升機(jī)通過(guò)繩索用恒力F豎直向上拉起救助官兵和被困人員 使其由水面開(kāi)始加速上升到某一高度 若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力 則在此過(guò)程中 以下說(shuō)法正確的有A 力F和阻力的合力所做的功等于兩人機(jī)械能的增量B 兩人克服重力所做的功等于兩人重力勢(shì)能的增量C 力F 重力 阻力三者合力所做的功等于兩人動(dòng)能的增量D 力F所做的功減去克服阻力所做的功等于兩人重力勢(shì)能的增量 答案 解析 1 2 3 4 圖5 解析根據(jù)除重力外其他力做的功等于物體機(jī)械能的增量知 選項(xiàng)A正確 D錯(cuò)誤 根據(jù)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系知 選項(xiàng)B正確 根據(jù)動(dòng)能定理知 選項(xiàng)C正確 1 2 3 4 3 功能關(guān)系 多選 如圖6所示 質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上 質(zhì)量為m的子彈 可視為質(zhì)點(diǎn) 以速度v0沿水平方向射中木塊 并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng) 已知當(dāng)子彈相對(duì)木塊靜止時(shí) 木塊前進(jìn)距離為l 子彈進(jìn)入木塊的深度為d 若木塊對(duì)子彈的阻力Ff視為恒定 則下列關(guān)系式中正確的是 答案 圖6 1 2 3 4 解析 解析畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖 從圖中不難看出 當(dāng)木塊前進(jìn)距離為l 子彈進(jìn)入木塊的深度為d時(shí) 子彈相對(duì)于地面發(fā)生的位移為l d 由牛頓第三定律知 子彈對(duì)木塊的作用力大小也為Ff 子彈對(duì)木塊的作用力對(duì)木塊做正功 由動(dòng)能定理得 木塊對(duì)子彈的作用力對(duì)子彈做負(fù)功 由動(dòng)能定理得 1 2 3 4 4 功能關(guān)系 多選 如圖7所示 水平傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 并始終保持以速度v