2018版 第2章 第3節(jié)　能量守恒定律 第4節(jié)　能源與可持續(xù)發(fā)展

第頁第3節(jié)能量守恒定律第4節(jié)能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.理解機械能守恒定律的內(nèi)容、條件、公式，會應(yīng)用機械能守恒定律解決實際問題．(重點、難點)2．知道能量守恒定律，能應(yīng)用能量守恒定律分析能的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象．(重點)3．了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，了解能源開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展的意義．4．知道熱力學(xué)第二定律，了解熱機效率問題.機械能守恒定律eq\o([先填空])1．機械能物體的動能和勢能之和叫機械能．2．機械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有重力做功的情況下，物體的動能與勢能可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變．(2)適用條件：只有重力做功．(3)表達式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mgh1.eq\o([再判斷])1．合力為零，物體的機械能一定守恒．(×)2．合力做功為零，物體的機械能一定守恒．(×)3．只有重力做功，物體的機械能一定守恒．(√)eq\o([后思考])如圖2-3-1所示，大型的過山車在軌道上翻轉(zhuǎn)而過．過山車從最低點到達最高點時，動能和勢能怎樣變化？忽略軌道和空氣阻力，機械能是否守恒？圖2-3-1【提示】動能減少，重力勢能增加，忽略軌道和空氣阻力，過山車機械能守恒．eq\o([合作探討])探討1：請同學(xué)想一想，小桶如圖2-3-2由靜止釋放，返回來會不會碰到額頭？圖2-3-2【提示】不會．因機械能守恒，擺回時的高度不會超過原來的高度．探討2：質(zhì)量為m的小球，以速度v斜向上拋離高為H的桌面．如圖2-3-3，經(jīng)過A點時所具有的機械能是多少？(以桌面為零勢能面，不計空氣阻力)圖2-3-3【提示】以桌面為零勢能面，小球在拋出點的機械能為eq\f(1,2)mv2，由于機械能守恒，故在A點的機械能為eq\f(1,2)mv2.eq\o([核心點擊])1．機械能守恒的判斷(1)用做功來判斷：分析物體或物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機械能守恒．(2)用能量轉(zhuǎn)化來判定：若系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，無機械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機械能守恒．2．表達式及特點表達式特點Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末(從不同狀態(tài)看)即初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp(從轉(zhuǎn)化角度看)即過程中動能的增加量等于勢能的減少量EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB(從轉(zhuǎn)移角度看)即系統(tǒng)只有A、B兩物體時，A增加的機械能等于B減少的機械能3．應(yīng)用機械能守恒定律解題的一般步驟(1)正確選取研究對象(物體或系統(tǒng))，確定研究過程；(2)進行受力分析，考查守恒條件；(3)選取零勢能平面，確定初、末狀態(tài)機械能；(4)運用守恒定律，列出方程求解．1．在物體自由下落的過程中，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：45732047】A．動能增大，勢能減小，機械能增大B．動能減小，勢能增大，機械能不變C．動能增大，勢能減小，機械能不變D．動能不變，勢能減小，機械能減小【解析】在自由下落過程中，只有重力做功，物體的機械能守恒，重力勢能不斷減小，動能不斷增大，選項C正確．【答案】C2．一個質(zhì)量為m的滑塊，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，當(dāng)滑塊從斜面底端滑到高為h的地方時，以斜面底端為參考平面，滑塊的機械能是()A.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) B．mghC.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgh【解析】在整個過程中，只有重力做功，機械能守恒，總量都是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，因在高度h處，速度可能不為零，所以B項錯誤；C、D也錯誤．【答案】A3.如圖2-3-4所示，質(zhì)量m＝70kg的運動員以10m/s的速度，從高h＝10m的滑雪場上A點沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不計，以B點所在的水平面為參考平面，g取10m/s2，求：【導(dǎo)學(xué)號：45732048】圖2-3-4(1)運動員在A點時的機械能；(2)運動員到達最低點B時的速度大??；(3)若運動員繼續(xù)沿斜坡向上運動，他能到達的最大高度．【解析】(1)EA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh＝10500J.(2)由機械能守恒得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh所以vB＝10eq\r(3)m/s.(3)由機械能守恒得mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh得H＝15m.【答案】(1)10500J(2)10eq\r(3)m/s(3)15m1．無論直線運動還是曲線運動，機械能守恒定律都可應(yīng)用，且僅需考慮始、末狀態(tài)，而不必考慮所經(jīng)歷的過程．2．應(yīng)用機械能守恒定律解題，一定要注意考查守恒條件．能量守恒定律eq\o([先填空])1．能量的轉(zhuǎn)化自然界存在著各種不同形式的能量——機械能(動能和勢能)、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、核能等，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，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變，這就是能量守恒定律．它是自然界最普遍、最基本的規(guī)律之一．eq\o([再判斷])1．自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒．(√)2．永動機不可能制成．(√)3．能量守恒過程外力做功必為零．(×)eq\o([后思考])如圖2-3-5所示，一個叫丹尼斯·李的美國人在《美國今日》、《新聞周刊》等全國性報刊上刊登大幅廣告，在全美各地表演，展示其號稱無需任何能源的發(fā)電機．你認為這種發(fā)電機能造出來嗎？圖2-3-5【提示】這種發(fā)電機違反了能量守恒定律，故不能制造出來．eq\o([合作探討])如圖2-3-6所示，發(fā)生雪崩時，山頂?shù)姆e雪以排山倒海之勢滾落下來．圖2-3-6探討1：雪崩的過程是否符合能量守恒定律？【提示】符合能量守恒定律．探討2：重力做功引起什么能的改變？合外力做功引起什么能的改變？除重力之外的其它力做功引起什么能的改變？【提示】重力做功引起重力勢能的改變，合外力做功引起動能的改變，除重力之外的其它力做功引起機械能的改變．eq\o([核心點擊])1．做功和能的轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系功能關(guān)系內(nèi)容不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的，做功的過程就是各種形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程，做了多少功，就會有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)實例重力做功重力做的功等于重力勢能變化量的相反數(shù)(WG＝－ΔEp)彈力做功彈力做的功等于彈性勢能變化量的相反數(shù)(WF＝－ΔEp)合力做功合力做的功等于物體動能的變化量(W總＝ΔEk)除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功其他力做的功等于物體機械能的變化量(W其他＝ΔE機)2.利用能量守恒定律解題的基本思路(1)分清有哪幾種形式的能(如機械能、內(nèi)能等)在變化．(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．(3)列等式ΔE減＝ΔE增求解．4．如圖2-3-7所示，一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的變化情況是()圖2-3-7A．重力勢能減小，動能不變，機械能減小，總能量減小B．重力勢能減小，動能增加，機械能減小，總能量不變C．重力勢能減小，動能增加，機械能增加，總能量增加D．重力勢能減小，動能增加，機械能守恒，總能量不變【解析】由能量守恒定律可知，小孩在下滑過程中總能量守恒，故A、C均錯；由于摩擦力要做負功，機械能不守恒，故D錯；下滑過程中重力勢能向動能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確．【答案】B5．(多選)升降機底板上放一質(zhì)量為100kg的物體，物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5m時速度達到4m/s，則此過程中(g取10m/s2)()【導(dǎo)學(xué)號：45732049】A．升降機對物體做功5800JB．合外力對物體做功5800JC．物體的重力勢能增加5000JD．物體的機械能增加800J【解析】根據(jù)動能定理得：W升－mgh＝eq\f(1,2)mv2，可解得W升＝5800J，A正確；合外力做功為eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×100×42J＝800J，B錯誤；物體重力勢能增加mgh＝100×10×5J＝5000J，C正確；物體機械能增加E＝Fh＝W升＝5800J，D錯誤．【答案】AC6．如圖2-3-8所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，皮帶不打滑，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10m/s2)圖2-3-8(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.【解析】(1)由μmg＝ma可求得a＝1.5m/s2，因為μmgs＝eq\f(1,2)mv2所以物體加速階段運動的位移s＝3m＜4.5m，即物體可與皮帶達到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由v＝at可求得t＝2sQ＝μmg(vt－s)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J(3)E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.【答案】(1)4.5J(2)4.5J(3)9J能量守恒定律的理解1．某種形式的能量減少，一定存在另外形式的能量增加，而且減少量和增加量相等．2．某個物體的能量減少，一定存在別的物體的能量增加，而且減少量和增加量相等．能源與可持續(xù)發(fā)展eq\o([先填空])1．機械能與內(nèi)能間轉(zhuǎn)化的方向性機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能不可能自動地、并不引起任何變化地完全變?yōu)闄C械能．2．熱傳遞過程的方向性在熱傳遞的過程中，內(nèi)能總是自動地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不可能自動地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移．3．珍惜利用常規(guī)能源能量的利用過程是不可逆的，自然界中的常規(guī)能源(如煤炭、石油、天然氣等)的儲量是有限的，并且是不可再生的，因此我們要珍惜現(xiàn)有的能源，盡量提高能源的利用效率．4．開發(fā)綠色新能源(1)常規(guī)能源的大量使用帶來的環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧、浮塵．(2)為維持人類社會的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該注意研究和開發(fā)新的能源，優(yōu)先開發(fā)的綠色新能源包括：核能、風(fēng)能、太陽能、水能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能等．eq\o([再判斷])1．能量守恒是自然界中普遍適用的規(guī)律，不需節(jié)約能源．(×)2．將煤做燃料供暖改進為用天然氣做燃料供暖徹底實現(xiàn)了環(huán)境保護．(×)3．常規(guī)能源會帶來大量的環(huán)境問題，開發(fā)新能源是可持續(xù)發(fā)展的需要．(√)eq\o([后思考])1．“煤既是常規(guī)能源又是不可再生能源”，這種認識正確嗎？【提示】正確．根據(jù)能源的分類角度不同，可將煤分成常規(guī)能源和不可再生能源等．2．可持續(xù)發(fā)展的意義是什么？【提示】可持續(xù)發(fā)展是指不僅滿足當(dāng)代人的發(fā)展需要，還應(yīng)考慮不損害后代人的發(fā)展需要．eq\o([合作探討])探討1：如圖2-3-9所示，把小球拉到一定角度后釋放，小球在豎直平面內(nèi)來回擺動，我們觀察到它的擺動幅度越來越小，最后停止擺動．機械能消失了嗎？若沒有消失，轉(zhuǎn)化成了什么？能否讓這種能自發(fā)的轉(zhuǎn)化為機械能使小球動起來呢？圖2-3-9【提示】機械能沒有消失，而是轉(zhuǎn)化為小球和空氣的內(nèi)能，不可能使內(nèi)能自發(fā)轉(zhuǎn)化為機械能使小球擺動．探討2：如圖2-3-10所示，是我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計圖，根據(jù)此圖的數(shù)據(jù)，總結(jié)出我國能源結(jié)構(gòu)或現(xiàn)狀有什么規(guī)律？圖2-3-10【提示】我國的能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主；我國的能源消耗中不可再生能源占據(jù)的比例過大，結(jié)構(gòu)不合理；我國能源消耗中可再生能源的比例過?。甧q\o([核心點擊])1．關(guān)于方向性的理解：(1)機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性．①機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能自動地、并不引起任何變化地全部轉(zhuǎn)化為機械能．②機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不需要專門的裝置，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機械能卻需要復(fù)雜的技術(shù)手段，比如利用熱機等進行轉(zhuǎn)化．(2)熱傳遞的方向性：在熱傳遞過程中，內(nèi)能可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，但不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，內(nèi)能的轉(zhuǎn)移也具有方向性．例如，內(nèi)能要從低溫物體傳到高溫物體，必須要通過做功的方式來進行，如冰箱、空調(diào)制冷等．散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收再重新利用．2．關(guān)于“自發(fā)”的理解“自發(fā)”是指不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響，也就是指沒有任何外界的影響或幫助．熱量會從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發(fā)”的方向．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這個過程是“自發(fā)”的方向，但相反的過程不可能自發(fā)地進行而不引起任何變化．7．關(guān)于能量和能源，下列說法正確的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源B．在利用能源的過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但能量品質(zhì)降低了C．能量在轉(zhuǎn)化過程中沒有方向性D．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造【解析】自然界中能量守恒，但仍需節(jié)約能源，在利用能源過程中，品質(zhì)降低這是能源危機更深層的理解；能量轉(zhuǎn)化具有方向性，不能被創(chuàng)造．【答案】B8．十八大報告提出了“推進綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念，以下做法中不符合這個