能量守恒定律 　能源與可持續(xù)發(fā)展

1、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(shí) 脈 絡(luò)1.理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容、條件、公式，會(huì)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題(重點(diǎn)、難點(diǎn))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(diǎn))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(jī)效率問題.機(jī) 械 能 守 恒 定 律1機(jī)械能物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和叫機(jī)械能2機(jī)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(dòng)能與勢(shì)能可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變(2)適用條件：只有重力做功(3)表達(dá)式：Ek2Ep2Ek1Ep1或mvmgh2mvmgh1.1合力為零，物體的

2、機(jī)械能一定守恒(×)2合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒(×)3只有重力做功，物體的機(jī)械能一定守恒()如圖2­3­1所示，大型的過山車在軌道上翻轉(zhuǎn)而過過山車從最低點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能和勢(shì)能怎樣變化？忽略軌道和空氣阻力，機(jī)械能是否守恒？圖2­3­1【提示】動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，忽略軌道和空氣阻力，過山車機(jī)械能守恒探討1：請(qǐng)同學(xué)想一想，小桶如圖2­3­2由靜止釋放，返回來會(huì)不會(huì)碰到額頭？圖2­3­2【提示】不會(huì)因機(jī)械能守恒，擺回時(shí)的高度不會(huì)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

3、為H的桌面如圖2­3­3，經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)所具有的機(jī)械能是多少？(以桌面為零勢(shì)能面，不計(jì)空氣阻力)圖2­3­3【提示】以桌面為零勢(shì)能面，小球在拋出點(diǎn)的機(jī)械能為mv2，由于機(jī)械能守恒，故在A點(diǎn)的機(jī)械能為mv2.1機(jī)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(duì)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(jī)械能守恒(2)用能量轉(zhuǎn)化來判定：若系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，無機(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒2表達(dá)式及特點(diǎn)表達(dá)式特點(diǎn)Ek1Ep1Ek2Ep2或E初E末(從不同

4、狀態(tài)看)即初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能Ek2Ek1Ep1Ep2或EkEp(從轉(zhuǎn)化角度看)即過程中動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量EA2EA1EB1EB2或EAEB(從轉(zhuǎn)移角度看)即系統(tǒng)只有A、B兩物體時(shí)，A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能3應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟(1)正確選取研究對(duì)象(物體或系統(tǒng))，確定研究過程；(2)進(jìn)行受力分析，考查守恒條件；(3)選取零勢(shì)能平面，確定初、末狀態(tài)機(jī)械能；(4)運(yùn)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(hào)：45732047】A動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，機(jī)械能增大B動(dòng)能減小，勢(shì)能增大，機(jī)械能不變C動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，機(jī)械能

5、不變D動(dòng)能不變，勢(shì)能減小，機(jī)械能減小【解析】在自由下落過程中，只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒，重力勢(shì)能不斷減小，動(dòng)能不斷增大，選項(xiàng)C正確【答案】C2一個(gè)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(shí)，以斜面底端為參考平面，滑塊的機(jī)械能是()A.mvBmghC.mvmgh D.mvmgh【解析】在整個(gè)過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒，總量都是mv，因在高度h處，速度可能不為零，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤；C、D也錯(cuò)誤【答案】A3.如圖2­3­4所示，質(zhì)量m70 kg的運(yùn)動(dòng)員以10 m/s的速度，從高h(yuǎn)10 m的滑雪場(chǎng)上A點(diǎn)沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不

6、計(jì)，以B點(diǎn)所在的水平面為參考平面，g取10 m/s2，求： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732048】圖2­3­4(1)運(yùn)動(dòng)員在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能；(2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度大小；(3)若運(yùn)動(dòng)員繼續(xù)沿斜坡向上運(yùn)動(dòng)，他能到達(dá)的最大高度【解析】(1)EAmvmgh10 500 J.(2)由機(jī)械能守恒得mvmvmgh所以vB10 m/s.(3)由機(jī)械能守恒得mgHmvmgh得H15 m.【答案】(1)10 500 J(2)10 m/s(3)15 m1無論直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)，機(jī)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(jī)械能守恒定律解題，一定要注意考查守恒條件能

7、 量 守 恒 定 律1能量的轉(zhuǎn)化自然界存在著各種不同形式的能量機(jī)械能(動(dòng)能和勢(shì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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)律之一1自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒()2永動(dòng)機(jī)不可能制成()3能量守恒過程外力做功必為零(×)如圖2­3­5所示，一個(gè)叫丹尼斯·李的美國人在美國今日、新聞周刊等全國性報(bào)刊上刊登大幅廣告，在全美各地表演，展示其號(hào)稱無

8、需任何能源的發(fā)電機(jī)你認(rèn)為這種發(fā)電機(jī)能造出來嗎？圖2­3­5【提示】這種發(fā)電機(jī)違反了能量守恒定律，故不能制造出來如圖2­3­6所示，發(fā)生雪崩時(shí)，山頂?shù)姆e雪以排山倒海之勢(shì)滾落下來圖2­3­6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(shì)能的改變，合外力做功引起動(dòng)能的改變，除重力之外的其它力做功引起機(jī)械能的改變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(shí)現(xiàn)的，做功的過

9、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(huì)有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)實(shí)例重力做功重力做的功等于重力勢(shì)能變化量的相反數(shù)(WGEp)彈力做功彈力做的功等于彈性勢(shì)能變化量的相反數(shù)(WFEp)合力做功合力做的功等于物體動(dòng)能的變化量(W總Ek)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(jī)械能的變化量(W其他E機(jī))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(jī)械能、內(nèi)能等)在變化(2)分別列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式(3)列等式E減E增求解4如圖2­3­7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

10、況是()圖2­3­7A重力勢(shì)能減小，動(dòng)能不變，機(jī)械能減小，總能量減小B重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能減小，總能量不變C重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能增加，總能量增加D重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)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(cuò)；由于摩擦力要做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)；下滑過程中重力勢(shì)能向動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確【答案】B5(多選)升降機(jī)底板上放一質(zhì)量為100 kg的物體，物體隨升降機(jī)由靜止開始豎直向上移動(dòng)5 m時(shí)速度達(dá)到4 m/s，則此過程中(g取10 m/s2)() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732049】A升降機(jī)對(duì)物體做功

11、5 800 JB合外力對(duì)物體做功5 800 JC物體的重力勢(shì)能增加5 000 JD物體的機(jī)械能增加800 J【解析】根據(jù)動(dòng)能定理得：W升mghmv2，可解得W升5 800 J，A正確；合外力做功為mv2×100×42 J800 J，B錯(cuò)誤；物體重力勢(shì)能增加mgh100×10×5 J5 000 J，C正確；物體機(jī)械能增加EFhW升5 800 J，D錯(cuò)誤【答案】AC6如圖2­3­8所示，皮帶的速度是3 m/s，兩圓心距離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(dòng)摩擦因數(shù)0.15，皮帶不打滑，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮

12、帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求：(g取10 m/s2)圖2­3­8(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E.【解析】(1)由mgma可求得a1.5 m/s2，因?yàn)閙gsmv2所以物體加速階段運(yùn)動(dòng)的位移s3 m4.5 m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，Ekmv2×1×32 J4.5 J.(2)由vat可求得t2 sQmg(vts)0.15×1×10×(63) J4.5 J(3)E電EkQ4.5 J4.5 J9 J.【答案】(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J能量守

13、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(gè)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1機(jī)械能與內(nèi)能間轉(zhuǎn)化的方向性機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地完全變?yōu)闄C(jī)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(dòng)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不可能自動(dòng)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(chǔ)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

14、(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(huì)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(jìn)為用天然氣做燃料供暖徹底實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)(×)3常規(guī)能源會(huì)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()1“煤既是常規(guī)能源又是不可再生能源”，這種認(rèn)識(shí)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

15、的發(fā)展需要，還應(yīng)考慮不損害后代人的發(fā)展需要探討1：如圖2­3­9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?cái)[動(dòng)，我們觀察到它的擺動(dòng)幅度越來越小，最后停止擺動(dòng)機(jī)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(jī)械能使小球動(dòng)起來呢？圖2­3­9【提示】機(jī)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(jī)械能使小球擺動(dòng)探討2：如圖2­3­10所示，是我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)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2­3­10【提示】我國的能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主；我國的能

16、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小1關(guān)于方向性的理解：(1)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)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(jī)械能卻需要復(fù)雜的技術(shù)手段，比如利用熱機(jī)等進(jìn)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(jìn)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

17、指不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)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(huì)從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發(fā)”的方向機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這個(gè)過程是“自發(fā)”的方向，但相反的過程不可能自發(fā)地進(jìn)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(jī)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(bào)告提出了“推進(jìn)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(gè)理念的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732