2019届二轮复习　能量的转化与守恒课件（36张） 36页

　能量的转化与守恒 知识目标 核心素养 1. 了解自然界中存在多种形式的能量 . 2. 知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一 . 3. 通过能量守恒以及能量转化和转移的方向，认识提高效率的重要性 . 1. 科学认识生活中能量转化的实例 . 2. 理解能量守恒定律的确切含义，会根据能量守恒定律解决多种能量转化问题 . 1. 各种形式的能量 自然界存在着不同形式的能量 . 如 ： 、 内能 、 、 、 核能 、 等 2. 能量的存在形式多种多样，不同形式的能量可以相互转化 . 我们所消耗的能量，大部分 是 辐射 到地球后转化而来的 . 一、能量转化及守恒定律 机械能 电能 电磁能 化学能 太阳能 3. 能量转化与守恒定律 (1) 内容：能量既不会 凭空 ， 也不会凭空消失，它只能从一种 形式 为 另一种形式，或者从一个 物体 到 另一个物体，在转化或转移的过程中 其 不变 . (2) 意义： ① 揭示了自然界各种运动形式不仅 具有 性 、而且 具有 性 . ② 宣布 不可能 制成 . 产生 转化 转移 总量 多样 统一 “ 第一类永动机 ” 二、能量转化和转移的方向性 在整个自然界中，所有宏观自发过程都具有单向性，都有一定 的 性 ，都是一种不可逆过程 . (1) 热传导的方向性 . 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传 给 物体 ，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高 . (2) 机械能和内能转化过程的方向性 . 机械能是 可以 转化 为内能的，但在任何情况下都不可能把从高温热源吸收的热量全部转变为有用的机械功，而且工作物质本身又回到原来的状态，即内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化 . 方向 低温 全部 答案 即 学即 用 1. 判断下列说法的正误 . (1) 机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式 .( ) (2) 在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少 .( ) (3) 内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化 .( ) √ √ √ 2. 质量为 0.4 kg 的皮球，从离地面高 0.5 m 处自由落下，与地面碰撞后以 2 m/s 的速度反弹，不计空气阻力， g 取 10 m/s 2 ，碰撞时损失的机械能为 ______ ，损失的机械能转化为 ____ 能 . 答案 1.2 J 内 重点探究 1. 在验证机械能守恒定律的实验中，计算发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少 . 机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？ 一、对能量守恒定律的理解 答案 答案　 机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能 . 不是 . 2. 请说明下列现象中能量是如何转化或转移的 ？ (1) 植物进行光合作用 . 答案　 光能 转化为 化学能 (2) 放在火炉旁的冰融化变热 . 答案　 内能由火炉转移到 冰 (3) 电流通过灯泡，灯泡发光 . 答案　 电能转化为 光能 答案 1. 适用范围： 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律 . 2. 对能量守恒定律的理解 某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等 . 某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等 . 知识深化 例 1 　 ( 多选 ) 从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，则 A. 在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化 B. 在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能 C. 在水平面上滚动时，总能量正在消失 D. 在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒 答案 解析 √ √ 解析　 在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的，故选 A 、 D. 二、能量守恒定律的应用 1. 能量守恒定律的表达式 (1) 从不同状态看， E 初 ＝ E 末 . (2) 从能的转化角度看， Δ E 增 ＝ Δ E 减 . (3) 从能的转移角度看， Δ E A 增 ＝ Δ E B 减 . 2. 能量守恒定律应用的关键步骤 (1) 明确研究对象和研究过程 . (2) 找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少 . (3) 列出增加量和减少量之间的守恒式 . 例 2 　如图 1 所示，皮带的速度是 3 m/s ，两圆心的距离 s ＝ 4.5 m ，现将 m ＝ 1 kg 的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数 μ ＝ 0.15 ，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求： ( g 取 10 m/s 2 ) (1) 小物体获得的动能 E k ； 图 1 答案　 4.5 J 解析　 设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为 s ′ . 答案 解析 (2) 这一过程摩擦产生的热量 Q ； 答案　 4.5 J 解析　 由 μmg ＝ ma 得 a ＝ 1.5 m/s 2 ， 由 v ＝ at 得 t ＝ 2 s ， 则 Q ＝ μmg ( v t － s ′ ) ＝ 0.15 × 1 × 10 × (6 － 3) J ＝ 4.5 J. 答案 解析 (3) 这一过程电动机消耗的电能 E . 答案　 9 J 解析　 由能量守恒 知 E ＝ E k ＋ Q ＝ 4.5 J ＋ 4.5 J ＝ 9 J. 针对训练 1 　一弹珠弹射玩具模型如图 2 所示，水平粗糙管 AB 内装有一轻弹簧，左端固定 . 竖直放置光滑管道 BCD ，其中 CD 为半径 R ＝ 0.1 m 的四分之一圆周， C 点与地面间的高度 H ＝ 0.1 m ，用质量 m 1 ＝ 0.2 kg 的弹珠 ( 可看成质点 ) 将弹簧缓慢压缩到某一确定位置 M ，弹珠与弹簧不固连 . 由静止释放后弹珠恰能停在 D 点 . 用同种材料、 质量 m 2 ＝ 0.1 kg 的弹珠仍将弹簧缓慢压缩到 M 点 再由静止释放，弹珠由 D 点飞出后落 在 与 D 点正下方 D ′ 点相距 x ＝ 0.8 m 处 . g 取 10 m/s 2 . 求 ： (1) 弹珠 m 2 从 D 点飞出时的速度大小 ； 答案 解析 图 2 答案　 4 m/s 解析　 弹珠 m 2 由 D 点飞出后做平抛运动， 得 t ＝ 0.2 s (2) 弹簧被缓慢压缩到 M 点时储存的弹性势能； 答案 答案　 1.6 J 解析　 研究弹珠从释放到 D 点的过程，由能量守恒定律得： 释放 m 1 的过程，有 E p ＝ μm 1 gx ′ ＋ m 1 g ( H ＋ R ) 释放 m 2 的过程， 解析 解得 E p ＝ 1.6 J (3) 保持弹珠 m 2 仍将弹簧缓慢压缩到 M 点，改变 H 的高度，从 D 点飞出后落在与 D 点正下方 D ′ 点距离 x 是不同的，求 x 的最大值 . 答案 答案　 1 m 解析　 由能量守恒定律： 解析 由基本不等式得 x m ＝ 1 m 在涉及弹性势能等多种形式的能量转化问题中，用能量守恒的思想解题可以化繁为简 . 技巧点拨 三、功能关系的理解与应用 1. 功能关系概述 (1) 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量转化的过程 . (2) 功是能量转化的量度 . 做了多少功，就有多少能量发生转化 . 2. 功与能的关系： 由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下表： 功 能量转化 关系式 重力做功 重力势能的改变 W G ＝－ Δ E p 弹力做功 弹性势能的改变 W F ＝－ Δ E p 合外力做功 动能的改变 W 合 ＝ Δ E k 除重力、系统内弹力以外的其他力做功 机械能的改变 W ＝ Δ E 机 两物体间滑动摩擦力对物体系统做功 内能的改变 f · s 相对 ＝ Q 例 3 　如图 3 所示，在竖直平面内有一半径为 R 的圆弧轨道，半径 OA 水平、 OB 竖直，一个质量为 m 的小球自 A 的正上方 P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点 B 时恰好对轨道没有压力 . 已知 AP ＝ 2 R ，重力加速度为 g ，则小球从 P 到 B 的运动过程中 A. 重力做功 2 mgR B. 机械能减少 mgR C. 合外力做功 mgR D. 克服摩擦力 做功 mgR 图 3 答案 解析 √ 解析　 重力做功与路径无关，所以 W G ＝ mgR ，选项 A 错； 克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项 D 对 . 应用功能关系解题的关键 应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义： (1) 重力做功是物体重力势能变化的原因，重力做多少功，重力势能就减少多少； (2) 弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因，弹力做多少功，弹性势能就减少多少； (3) 合力做功是物体动能变化的原因，合力做多少功，动能就增加多少； (4) 除重力和系统内弹力之外的其他力做功是机械能变化的原因，其他力做多少功，机械能就增加多少 . 规律总结 针对训练 2 　 ( 多选 ) 如图 4 所示，质量为 m 的物体 ( 可视为质点 ) 以某一速度从 A 点冲上倾角为 30° 的固定斜面，其运动的加速度大小 为 g ，此物体在斜面上上升的最大高度为 h ，则在这个过程中物体 答案 解析 图 4 √ √ 解析　 这个过程中重力势能增加了 mgh ，故 A 错误； 达标检测 1 2 3 1. ( 能源的利用 ) 关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是 A. 能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B. 化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C. 在广大的农村推广沼气意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量 节 约 能源 D. 随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 答案 解析 4 √ 1 2 3 解析　 能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务， A 错误； 化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源， B 错误； 在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋， C 正确； 无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭， D 错误 . 4 2. ( 功能关系 ) 如图 5 所示，在高台跳水比赛中，质量为 m 的跳水运动员进入水中后受到水的阻力 ( 包含浮力 ) 而竖直向下做减速运动，设水对她的阻力大小恒为 F ，则在她减速下降深度为 h 的过程中，下列说法正确的是 ( g 为当地的重力加速度 ) A. 她的动能减少了 Fh B. 她的重力势能减少了 mgh C. 她的机械能减少了 ( F － mg ) h D. 她的机械能减少了 mgh 答案 1 2 3 4 √ 图 5 3. ( 功能关系 ) ( 多选 ) 如图 6 所示，质量为 M 的木块放在光滑的水平面上，质量为 m 的子弹 ( 可视为质点 ) 以速度 v 0 沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度 v 运动 . 已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为 l ，子弹进入木块的深度为 d ，若木块对子弹的阻力 f 视为恒定，则下列关系式中正确的是 答案 1 2 3 4 图 6 解析 √ √ √ 解析　 画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为 l ，子弹进入木块的深度为 d 时，子弹相对于地面发生的位移为 l ＋ d . 由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为 f . 子弹对木块的作用力对木块做正功 ， 木块对子弹的作用力对子弹做负功， 所以，选项 A 、 C 、 D 正确 . 1 2 3 4 4. ( 能量守恒定律的应用 ) 如图 7 所示，一物体质量 m ＝ 2 kg ，在倾角 θ ＝ 37° 的斜面上的 A 点以初速度 v 0 ＝ 3 m/s 下滑， A 点距弹簧上端 B 的距离 AB ＝ 4 m. 当物体到达 B 后将弹簧压缩到 C 点，最大压缩量 BC ＝ 0.2 m ，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为 D 点， D 点距 A 点 AD ＝ 3 m. 挡板及弹簧质量不计， g 取 10 m/s 2 ， sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8. 求： ( 小数点后保留两位小数 ) (1) 物体与斜面间的动摩擦因数 μ ； 答案 解析 1 2 3 4 答案　 0.52 图 7 解析　 物体从开始位置 A 点到最后 D 点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为 1 2 3 4 物体克服摩擦力产生的热量为 Q ＝ fs ② 其中 s 为物体的路程，即 s ＝ 5.4 m f ＝ μmg cos 37 ° ③ 由能量守恒定律可得 Δ E ＝ Q ④ 由 ①②③④ 式解得 μ ≈ 0.52. (2) 弹簧的最大弹性势能 E pm . 1 2 3 4 答案　 24.46 J 解析　 物体由 A 到 C 的过程中， 动能减小 Δ E k ＝ m v 0 2 ⑤ 重力势能减少 Δ E p ′ ＝ mgl AC sin 37 ° ⑥ 摩擦生热 Q ′ ＝ fl AC ＝ μmg cos 37° l AC ⑦ 由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能 为 E pm ＝ Δ E k ＋ Δ E p ′ － Q ′ ⑧ 联立 ⑤⑥⑦⑧ 解得 E pm ≈ 24.46 J . 答案 解析