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 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：Ek2Ep2Ek1Ep1或mvmgh2mvmgh1.1合力為零，物體的

2、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()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2­3­1【提示】動能減少，重力勢能增加，忽略軌道和空氣阻力，過山車機械能守恒探討1：請同學(xué)想一想，小桶如圖2­3­2由靜止釋放，返回來會不會碰到額頭？圖2­3­2【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

3、為H的桌面如圖2­3­3，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2­3­3【提示】以桌面為零勢能面，小球在拋出點的機械能為mv2，由于機械能守恒，故在A點的機械能為mv2.1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Ek1Ep1Ek2Ep2或E初E末(從不同

4、狀態(tài)看)即初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能Ek2Ek1Ep1Ep2或EkEp(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EA2EA1EB1EB2或EAEB(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

5、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.mvBmghC.mvmgh D.mvmgh【解析】在整個過程中，只有重力做功，機械能守恒，總量都是mv，因在高度h處，速度可能不為零，所以B項錯誤；C、D也錯誤【答案】A3.如圖2­3­4所示，質(zhì)量m70 kg的運動員以10 m/s的速度，從高h(yuǎn)10 m的滑雪場上A點沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不

6、計，以B點所在的水平面為參考平面，g取10 m/s2，求： 【導(dǎo)學(xué)號：45732048】圖2­3­4(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)EAmvmgh10 500 J.(2)由機械能守恒得mvmvmgh所以vB10 m/s.(3)由機械能守恒得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

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(×)如圖2­3­5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

8、需任何能源的發(fā)電機你認(rèn)為這種發(fā)電機能造出來嗎？圖2­3­5【提示】這種發(fā)電機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，山頂?shù)姆e雪以排山倒海之勢滾落下來圖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

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)(WGEp)彈力做功彈力做的功等于彈性勢能變化量的相反數(shù)(WFEp)合力做功合力做的功等于物體動能的變化量(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械能的變化量(W其他E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E減和增加的能量E增的表達式(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(fù)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100 kg的物體，物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5 m時速度達到4 m/s，則此過程中(g取10 m/s2)() 【導(dǎo)學(xué)號：45732049】A升降機對物體做功

11、5 800 JB合外力對物體做功5 800 JC物體的重力勢能增加5 000 JD物體的機械能增加800 J【解析】根據(jù)動能定理得：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錯誤；物體重力勢能增加mgh100×10×5 J5 000 J，C正確；物體機械能增加EFhW升5 800 J，D錯誤【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，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)0.15，皮帶不打滑，電動機帶動皮

12、帶將物體從左輪運送到右輪正上方時，求：(g取10 m/s2)圖2­3­8(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mgma可求得a1.5 m/s2，因為mgsmv2所以物體加速階段運動的位移s3 m4.5 m，即物體可與皮帶達到共同速度，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

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()1“煤既是常規(guī)能源又是不可再生能源”，這種認(rèn)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

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2­3­9【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2­3­10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)機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性機械能可以全部轉(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

17、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理念的是() 【導(dǎo)學(xué)號：45732