2020高中物理第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源课件 人教版必修2 32页

第七章 机械能守恒定律 第十节　能量守恒定律与能源 素养目标定位 ※ 理解能量守恒定律，知道这个定律的重要意义 ※ 会用能量守恒定律去分析计算有关能量守恒的综合性问题 ※ 理解能量耗散，认清节约能源的重要性 素养思维脉络 课前预习反馈 1 ．内容： 能量既不会消灭，也不会 ________ ，它只会从一种形式转化为 ____________ ，或者从一个物体转移到 ______________ ，而在转化和转移的过程中，能量的总量 ____________ 。这个规律叫做能量守恒定律。 2 ． 确立能量守恒定律的两类重要事实 (1) 确认了 __________ 的不可能性； (2) 发现了各种自然现象之间能量的 ____________ 与转化。 3 ． 意义： 能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最 ________ 、最 ________ 、最 ________ 的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 知识点 1 能量守恒定律 创生　 其他形式　 另一个物体　 保持不变　 永动机　 相互联系　 普遍　 重要　 可靠　 1 ．能源 (1) 概念：能够提供可 ____________ 的物质，都可以称为能源。 (2) 人类利用能源大致经历了三个时期： ________ 时期、 ________ 时期、 ________ 时期。 当今人类使用的主要能源是煤炭和石油。它们的资源有限，且大量使用造成环境恶化。 ____________ 和 ____________ 成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。 知识点 2 能源和能量耗散 利用能量　 柴薪　 煤炭　 石油　 能源短缺　 环境恶化　 2 ．能量耗散 (1) 自然界中自发的能量的转化和转移具有方向性。 a ．热量可以自发的由高温物体传递给 ________ 物体，但不能自发的由低温物体传给 ________ 物体。 b ．冒起的煤烟和散开的炭灰 __________ 又重新组合成一堆煤炭。 c ．散失到周围环境中的内能不能回收重新利用。 (2) 能量耗散 在能量的转化过程中，一部分能量转化为 ________ 流散到周围环境中，我们无法把这些 ________ 收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。 低温　 高温　 不可能　 内能　 内能　 3 ．能源危机的含义 在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽 __________ ，但在可利用品质上 ________ 了，从便于利用的变成 ______________ 的了。 未减少　 降低　 不便于利用　 『 判一判 』 (1) 煤自古至今都是人类的主要能源。 ( 　　 ) (2) 能量耗散表明能量正在逐渐消失。 ( 　　 ) (3) 世上总能量虽然不变，但我们仍需要有节能意识。 ( 　　 ) (4) 技术足够发达后，永动机就可以制成。 ( 　　 ) (5) 机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式。 ( 　　 ) (6) 能量不能创造，不能再生，能量只能进行转化或转移，但能量间的转化或转移具有方向性。 ( 　　 ) 辨析思考 × 　 × 　 √　 × 　 √　 √　 『 选一选 』 ( 多选 ) 如图所示是流星在夜空中发出的明亮光焰，此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦产生的。下列相关说法正确的是 　 　 　 　 　 　 ( 　 　 ) A ．形成流星的物体同空气摩擦时部分机械能转化为内能 B ．引力对形成流星的物体做正功，其动能增加，机械能守恒 C ．当形成流星的物体的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，形成流星的物体做曲线运动 D ．形成流星的物体进入大气层后做斜抛运动 AC 　 解析： 形成流星的物体同空气摩擦时部分机械能转化为内能， A 正确；引力对形成流星的物体做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒， B 错误；当形成流星的物体的速度方向与空气阻力和重力的合力方向不在同一直线上时，形成流星的物体做曲线运动， C 正确；由于存在空气阻力及重力加速度变化，故 D 错误。 『 想一想 』 如图所示，神舟十一号飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到 1 000 摄氏度。 答案： (1) 动能增加，势能减少，机械能不守恒。 (2) 该过程机械能向内能转化。机械能和内能的总量不发生变化。 (1) 该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ (2) 返回舱表面温度越高，内能越大。该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？ 课内互动探究 探究一　能的转化和守恒定律的理解及应用 根据如图所示的情景，判断图中 A 、 B 两台机器，哪台是发电机？哪台是电动机？并描述这一情景中所涉及的能量转化。 1 提示： B 是发电机， A 是电动机。 瀑布的水流下来将水的重力势能转化为动能，水流推动水轮机带动发电机 B 转动发电，是将机械能转化为电能，发电机产生电流流经电动机 A 时，又将电能转化为动能。 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 ． 表达式： (1) E 初 ＝ E 末 ，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 (2)Δ E 增 ＝ Δ E 减 ，能量的增加量等于能量的减少量。 3 ．应用步骤： (1) 明确研究对象及研究过程。 (2) 明确该过程中，哪些形式的能量在变化。 (3) 确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少。 (4) 列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式 ( 或初、末状态能量相等的守恒式 ) 。 特别提醒： 能量守恒定律表达式中虽然没有出现功，但功是能量转化的量度。能量变化中也体现功的本质及做功多少。 　　　 　 行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同物理过程是 ( 　　 ) A ．物体的动能转化为其他形式的能 B ．物体的势能转化为其他形式的能 C ．物体的机械能转化为其他形式的能 D ．其他形式的能转化为物体的机械能 C 　 典例 1 解题指导： 物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能量的形式要发生改变，在确定能量转化的方向时，可以从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。 运动过程 能量转化 汽车制动 动能→内能 流星坠落 重力势能→光能、内能 降落伞匀速下降 重力势能→内能 磁铁穿过线圈 重力势能→电能 解析： 四个运动过程中的能量转化如下表： 由表可知，四个运动过程中均是物体的机械能转化为其他形式的能， C 正确。 〔 对点训练 1〕 　有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将 ( 　　 ) A ．逐渐升高 B ．保持不变 C ．逐渐降低 D ．无法确定 解析： 压缩机电机有电流流过，电流做功会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高， A 正确。 A 　 探究二　功、能关系的理解及应用　 如图所示，一小孩从图中粗糙的滑梯上自由加速滑下，请思考： (1) 下滑中，有哪些力对小孩做功？ (2) 如何判断小孩重力势能、动能及机械能的变化情况？ 2 提示： (1) 小孩受到重力、支持力及摩擦力的作用，其中重力做正功，摩擦力做负功，支持力不做功； (2) 小孩重力势能的变化仅取决于重力做功，动能的变化取决于合外力做的总功，机械能的变化取决于除重力之外其他力做的功。 1 ．功是能量转化的量度 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化 ( 或转移 ) 的过程。且做了多少功，就有多少能量发生转化 ( 或转移 ) ，因此，功是能量转化的量度。 2 ．常见的几种功能关系 功 能量转化 重力做功 重力势能和其他形式的能相互转化 弹力做功 弹性势能和其他形式的能相互转化 合外力做功 动能和其他形式的能相互转化 除重力、系统内弹力外，其他力做功 机械能和其他形式的能相互转化 特别提醒： (1) 能是物体运动状态决定的物理量，即状态量；而功则是和物体运动状态变化过程有关的物理量，是过程量。两者有着本质的区别。 (2) 做功可以使物体具有的能量发生变化，而且物体能量变化大小是用做功的多少来量度的。但功和能不能相互转化。 　　　 　 (2017 · 安徽省合肥一中高二开学检测 ) 如图所示，质量为 m 的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度 v 匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为 μ ，物体在滑下传送带之前能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到与传送带相对静止这一过程，下列说法中正确的是 ( 　　 ) D 　 典例 2 〔 对点训练 2〕 　 ( 原创题 ) 如图所示，滑雪运动员沿 S 形山坡向下滑行了一段距离。若已知在这过程中，运动员的撑力所做的功的大小 ( 绝对值 ) 为 A ，山坡对运动员作用力所做的功的大小为 B ，重力做功的大小为 C ，空气阻力做功的大小为 D 。当用这些量表达时，运动员的动能的改变 ( 指末态动能减去初态动能 ) 等于 __ _ __ _ __ _ __ _ __ ，运动员的重力势能的改变等于 ____ _ __ ；运动员机械能 ( 指动能与重力势能之和 ) 的改变等于 __ _ __ _ __ _ __ 。 A － B ＋ C － D 　 － C 　 A － B － D 　 解析： 根据功能关系，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，山坡对滑块的作用力的功 ( 因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功 ) 。因此 Δ E k ＝ A － B ＋ C － D ；重力势能的减少等于重力做的功，因此 Δ E P ＝－ C ； 运动员机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此 Δ E ＝ A － B － D 。 核心素养提升 1 ．建模背景：木板和物块组成的相互作用的系统称为板块模型。该模型常涉及静力学、牛顿运动定律、运动学规律等知识，还涉及动能定理和能量的转化和守恒等方面的知识。 2 ．模型特点： (1) 系统中的两个组成物体会发生相对运动。 (2) 一般是多个物体的多个过程问题。 (3) 往往涉及摩擦力做功，动能、内能变化问题。 (4) 处理问题时常用到整体法与隔离法。 板块模型 　　　　 ( 多选 ) 如图所示，质量为 M 的小车静止放在光滑的水平面上，质量为 m 的物体 ( 可视为质点 ) 放在小车的一端。受到水平恒力 F 作用后，物体由静止开始运动，设小车与物体间的摩擦力为 f ，车长为 L ，车发生的位移为 s 时，物体从小车一端运动到另一端，下列说法正确的是 ( 　　　 ) A ．物体具有的动能为 ( F － f )( s ＋ L ) B ．小车具有的动能为 fs C ．这一过程中物体与车之间产生的热量为 f ( s ＋ L ) D ．物体克服摩擦力所做的功为 f ( s ＋ L ) ABD 　 案 例 解析： 物体受到重力、支持力、拉力和摩擦力，根据动能定理，有 Δ E k ＝ ( F － f )( L ＋ s ) ，故 A 正确；小车受到重力、支持力、压力和摩擦力，根据动能定理，有 Δ E k ′ ＝ fs ，故 B 正确；物体在摩擦力作用下前进的距离为 ( L ＋ s ) ，物体克服摩擦力所做的功为 W 克 ＝ f ( L ＋ s ) ，故 D 正确；根据功能关系，小物体和木板系统增加的内能等于它们相对运动克服摩擦力做的功，即 Q ＝ fL ，故 C 错误。