2017-2018學(xué)年高中物理 第章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 . 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 . 能源與可持續(xù)發(fā)展教學(xué)案 2

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精4。3 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 4。4 能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)1。掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一.2。了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認(rèn)識人類珍惜和保護能源和資源的必要性.3.了解我國能源狀況，認(rèn)識能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必要性.4。掌握各種功能關(guān)系，會應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律解決問題.一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒1.能量的多樣性：自然界中能量的形式有多種，如：機械能、內(nèi)能、電磁能、光能、化學(xué)能、核能、生物能等，各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化.2.能量守恒定律：（1）內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個

2、物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變.（2）能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的規(guī)律，它宣布第一類永動機(不消耗能量而連續(xù)不斷地對外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的機器)是不可能(填“可能”或“不可能”）制成的。二、能源與可持續(xù)發(fā)展1.能量的轉(zhuǎn)化效率(1)任何機器都不可能(填“可能”或“不可能”）將輸入的能量全部轉(zhuǎn)化為有用的能量。(2）能量的轉(zhuǎn)化效率.(3)機器的能量轉(zhuǎn)化效率一定小于(填“一定小于或“可以等于”）100%。2。能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性研究和事實都表明:能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,或者說，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性.3。第二類永動機不違反（填“違反”或“不違

3、反”)能量守恒定律，但違反（填“違反或“不違反”)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性，因此不可能制成.4。能源開發(fā)、利用與環(huán)境保護（1)煤、石油、天然氣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)能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略:盡可能地開發(fā)和利用各種新能源,千方百計地提高不可再生能源的合理利用率和轉(zhuǎn)化效率，并且厲行節(jié)約，避免浪費。即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1）任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律。（)(2)因為能量守恒，所以我們不需要節(jié)能.(）（3）能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性。（)(4）任何機器的能量轉(zhuǎn)化效率都低于100.(）(5）第一類永動機不能制成是因為違反了能量守恒定

4、律。()(6)第二類永動機不可能制成是因為違反了能量守恒定律。()2.一個質(zhì)量為60 kg的登山運動員，他登山時平均每小時登高500 m（豎直高度)，已知人體內(nèi)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為25%，那么他在3 h內(nèi)消耗的化學(xué)能為_j.（g取10 m/s2）答案3。6106 j解析3 h內(nèi)增加的機械能emgh60105003 j9105 j消耗的化學(xué)能e3.6106 j。一、能量守恒定律的理解導(dǎo)學(xué)探究(1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢能的值總大于增加的動能的值，即機械能的總量在減少。機械能減少的原因是什么？減少的部分機械能是消失了嗎？(2)請說明下列現(xiàn)象中能量是如何

5、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？植物進行光合作用.放在火爐旁的冰融化變熱。電流通過燈泡,燈泡發(fā)光.答案（1）機械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.不是。（2)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰電能轉(zhuǎn)化為光能知識深化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。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，說明（)a.在斜面上滾動時，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化b.

6、在斜面上滾動時,有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能c。在水平面上滾動時,總能量正在消失d.在水平面上滾動時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,總能量守恒答案ad解析在斜面上滾動時，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化;在水平面上滾動時，有摩擦力做功,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的.二、能量守恒定律的應(yīng)用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)明確研究對象和研究過程。（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。例2如圖1所示，皮帶的速度是3

7、 m/s，兩圓心的距離s4。5 m,現(xiàn)將m1 kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)0.15，電動機帶動皮帶將物體從左輪運送到右輪正上方時,求：（g取10 m/s2)圖1(1)小物體獲得的動能ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量q；（3）這一過程電動機消耗的電能e.答案（1)4。5 j（2）4。5 j（3）9 j解析（1)設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時，物體相對地面的位移為s。mgsmv2，解得s3 mqb b。vavb,qaqbc。vavb，qaqb d。vavb，qaqb答案d解析兩顆同樣的子彈穿透木塊的過程中，摩擦阻力f相同,子彈相對木塊滑動的距離相同,所以摩擦力做功

8、過程中產(chǎn)生的內(nèi)能qfs相同，根據(jù)能量守恒定律有：mv2qamv,mv2qbmvmbv2，由以上兩式可知vavb，綜上所述選項d正確。7.如圖3所示，高h(yuǎn)2 m的曲面固定不動.一個質(zhì)量為1 kg的物體，由靜止開始從曲面的頂點滑下，滑到底端時的速度大小為4 m/s。g取10 m/s2.在此過程中，下列說法正確的是(）圖3a.物體克服摩擦力做功20 jb.物體的動能增加了8 jc。物體的重力勢能減少了20 jd.曲面對物體的支持力對物體不做功答案bcd8.某運動員采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時提升身體重心。如圖4所示，假設(shè)該運動員的質(zhì)量為m，在起跑前進的距離s內(nèi),

9、重心升高量為h，獲得的速度為v，則此過程中（)圖4a。運動員克服重力做功wgmghb。運動員的機械能增加了mv2c.運動員的機械能增加了mv2mghd.運動員對自身做功w1mv2mgh答案acd解析運動員在此過程中重力勢能增加mgh，動能增加mv2,機械能增加mv2mgh，a、c正確，b錯誤.運動員通過蹬地對自身做功，做功的量為其機械能的增量，d正確.9.如圖5所示，在粗糙的桌面上有一個質(zhì)量為m的物塊，通過輕繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的小球相連，不計輕繩與滑輪間的摩擦，在小球下落的過程中，下列說法正確的是（）圖5a。小球的機械能守恒b。物塊與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒c。若小球勻速下降，小球減少的重

10、力勢能等于物塊m與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量d.若小球加速下降,小球減少的機械能大于物塊m與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量答案cd解析由于繩子對小球做負(fù)功,因此小球的機械能減小，a錯誤；由于桌面粗糙，摩擦力對m做負(fù)功，因此物塊與小球組成的系統(tǒng)機械能減小,b錯誤；若小球勻速下降，根據(jù)能量守恒，小球減小的重力勢能沒有轉(zhuǎn)化為動能，而是完全轉(zhuǎn)化為物塊m與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量，c正確；若小球加速下降，則小球減小的機械能一部分轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的熱量，另一部分轉(zhuǎn)化為m的動能，因此d正確.10.質(zhì)量為m1、m2的兩物體,靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的人站在m1上用恒力f拉繩子,經(jīng)過一段時間后，兩物體的速度大小分別為v1和v2

11、，位移分別為s1和s2,如圖6所示,則這段時間內(nèi)此人所做的功的大小等于（）圖6a。fs2b。f(s1s2)c.m2v（mm1）vd.m2v答案bc解析根據(jù)能量守恒可知,人通過做功消耗的化學(xué)能將全部轉(zhuǎn)化為物體m1和m2的動能以及人的動能，所以人做的功的大小等于f（s1s2），也等于m2v(mm1)v，即b、c正確。二、非選擇題11.一臺水輪發(fā)電機組,每秒有2.0 m3的水流過水輪機，若河壩水位高度差是20 m，則水每秒對水輪機最多能做多少功？若有40的機械能轉(zhuǎn)化為電能，問發(fā)電機的輸出功率為多大?(水的密度103 kg/m3，g取10 n/kg)答案4105 j1。6105 w解析若使水對水輪機做

12、功最多，則把水的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為水輪機的機械能。則每秒對水輪機做功為wmghgvh10310220 j4105 j由p得p出1.6105 w.12。電機帶動水平傳送帶以速度v勻速傳動,一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為,如圖7所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對靜止時，求：（傳送帶足夠長）圖7(1)小木塊的位移；（2)傳送帶運動的路程；（3)小木塊獲得的動能；（4）相對運動過程摩擦產(chǎn)生的熱量；（5）電機帶動傳送帶勻速傳動輸出的總能量.答案（1)（2）（3)mv2（4)mv2（5）mv2解析（1）小木塊輕放在勻速運動的傳送帶上，二者相對滑動,小木塊在滑動摩擦力作用下加速，直到達(dá)到同速，二者相對靜止.據(jù)動能定理可得,mgsmv2則小木塊的位移為s(2)設(shè)小木塊由靜止勻加速到v所用時間為t，則t，傳送帶勻速運動的路程為s0vt(3)小木塊獲得的動能為ekmv2(4)相對運