人教版2020高中物理第4章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)案滬科版必修2

1、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(shí)人類珍惜和保護(hù)能源和資源的必要性.3. 了解我國(guó)能源狀況，認(rèn)識(shí)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(huì)應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律解決問(wèn)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(jī)械能、包能；電磁能、坨、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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)

2、化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不經(jīng)（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(dòng)機(jī)（不消耗能量而連續(xù)不斷地對(duì)外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的機(jī)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)化效率任何機(jī)器者B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. 小、公匕口 有用的能量（2）目匕重的轉(zhuǎn)化效率=輸入的能量. 機(jī)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(shí)都表明：能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，或者說(shuō),能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可 逆性.3 .第二類永動(dòng)機(jī)不違反（

3、填“違反”或“不違反”）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(hù)（1）煤、五曲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(jì)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(fèi).即學(xué)即用1 .判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律.( V)(2)因?yàn)槟芰渴睾悖晕覀儾恍枰?jié)能.(X)(3)能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性.(V)(4)任何機(jī)器的能量轉(zhuǎn)化效率都低于100%.(V)(5

4、)第一類永動(dòng)機(jī)不能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律.(V)(6)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律.(X )2. 一個(gè)質(zhì)量為60 kg的登山運(yùn)動(dòng)員，他登山時(shí)平均每小時(shí)登高 500 m(豎直高度)，已知人體 內(nèi)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)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/s 2)答案 3.6 X 10 6 J解析 3 h內(nèi)增加的機(jī)械能 AE= mg、60X10X500X3 J =9X10 5 J 5消耗的化學(xué)能 E=9：1 J =3.6 X106 J. r 25%啟迪思逑保究重啟一、對(duì)能量守恒定律的理解導(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)算結(jié)果發(fā)

5、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？(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？植物進(jìn)行光合作用.放在火爐旁的冰融化變熱.電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光.答案 (1)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)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(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 .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

6、其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.砂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(shuō)明 ()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，總能量守恒答案 AD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.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，Em=E末.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，A 增=4 E減.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，A 人增=4 Eb減.2

7、.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.【仞ij 2 如圖1所示，皮帶的速度是 3 m/s ,兩圓心的距離 s= 4.5 m ,現(xiàn)將m= 1 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(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10 m/s 2)圖1(i)小物體獲得的動(dòng)能 m；(2)這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量 Q(3)這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能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

8、速度時(shí)，物體相對(duì)地面的位移為s .mgS = 2mV,解得 s = 3 m4.5 m ,即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，此時(shí)Ek= -mV= x 1x32 J = 4.5 J.22(2)由(1 mg= ma導(dǎo) a= 1.5 m/s 2,由 v = at 得 t = 2 s ,則 Q= mgvts ) =0.15X1X10X(6 3) J =4.5 J.(3)由能量守恒知，這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E= E + Q= 4.5 J +4.5 J =9 J.三、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用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)程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過(guò)程.(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度

9、.做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.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：功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢(shì)能的改變W= A E彈力做功彈性勢(shì)能的改變W= A E合外力做功動(dòng)能的改變W4 = A E r-圖iA.木塊的機(jī)械能增量為 fsB.子彈的機(jī)械能減少量為 f（s+d）C.系統(tǒng)的機(jī)械能減少量為 fdD.系統(tǒng)的機(jī)械能減少量為 f（s+d）答案 ABC解析木塊機(jī)械能的增量等于子彈對(duì)木塊的作用力f做的功fs, A對(duì)；子彈機(jī)械能的減少量等于動(dòng)能的減少量，即子彈克服阻力做的功 f（s+d）,B對(duì)；系統(tǒng)增加的機(jī)械能等于力 f做的 總功，

10、即 A E= fs f （s+d） = fd ,故機(jī)械能減少量為fd , C對(duì)，D錯(cuò).【考點(diǎn)】各種功能關(guān)系及應(yīng)用【題點(diǎn)】各種功能關(guān)系及應(yīng)用4.（多選）如圖2所示，在粗糙的桌面上有一個(gè)質(zhì)量為M的物塊，通過(guò)輕繩跨過(guò)定滑輪與質(zhì)量為m的小球相連，不計(jì)輕繩與滑輪間的摩擦,在小球下落的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）圖2A.小球的機(jī)械能守恒B.物塊與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C.若小球勻速下降，小球減少的重力勢(shì)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(jī)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(duì)小球做負(fù)功，因此小球的機(jī)械能減小，A錯(cuò)誤；由于桌面粗糙，摩擦力對(duì)M 做負(fù)功，因

11、此物塊與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能減小，B錯(cuò)誤；若小球勻速下降，根據(jù)能量守恒，小球減小的重力勢(shì)能沒(méi)有轉(zhuǎn)化為動(dòng)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(jī)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(dòng)能，因此D正確.【考點(diǎn)】各種功能關(guān)系及應(yīng)用【題點(diǎn)】各種功能關(guān)系及應(yīng)用考點(diǎn)三 能量守恒定律的應(yīng)用5.兩塊完全相同的木塊 A、B,其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，兩顆同樣的子彈以相同的水平速度射入兩木塊，穿透后子彈的速度分別為VA、VB,在子彈穿透木塊過(guò)程中因克服摩擦力產(chǎn)生的熱量分別為Q、QB,設(shè)木塊對(duì)子彈的摩擦力大小一定，則 （）A. VaV

12、b, QQBB. VaVb, QA= QBC. va=vb, Qvb, QA= QB答案 D解析 兩顆同樣的子彈穿透木塊的過(guò)程中，摩擦阻力f相同，子彈相對(duì)木塊滑動(dòng)的距離相同， 1 O1 O 1所以摩擦力做功過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能Q= f As相同，根據(jù)能量守恒定律有：-mv=QA+-mw2, 2mV= Q+2mv2+gnw 2,由以上兩式可知 vavb,綜上所述選項(xiàng) D正確.6.（多選）質(zhì)量為m、m的兩物體，靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的人立在m上用恒力F拉繩子，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩物體的速度大小分別為vi和V2,位移分別為si和S2,如圖3所示，則這段時(shí)間內(nèi)此人所做的功的大小等于（）圖3A. FS2B. F( Si + S2)C.1mw22+2(m mi)vi212D. -m2v2 2答案 BC解析 根據(jù)能量守恒可知， 人通過(guò)做功消耗的化學(xué)能將全部轉(zhuǎn)化為物體m和m2的動(dòng)能以及人1 c 1C的動(dòng)能，所以人做的功的大小等于F（si + S2）,也等于gmvz + K出m） vi ,即B C正確.二、非選擇題7.（能量的利用）一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，每秒有2.0 m3的水流過(guò)水輪機(jī)，若河壩水位高度差是20 m則水每秒對(duì)水輪機(jī)最多能做多少功？若有40%