物理高一教科版必修2学案第4章6能源的开发与利用

6能源的开发与利用学习目标重点难点1．了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量．2．知道能量守恒定律确立的两类重要事实．3．了解能量耗散，能够叙述能量守恒定律的内容．重点：1．能量守恒定律的理解．2．运用功和能的关系分析、解决实际问题．难点：1．功和能关系的理解与运用．2．对能量的转化、转移是具有方向性的认识.1．能量守恒定律（1）定律内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中总量保持不变．（2）建立定律的重要事实各种自然现象之间能量的相互联系与转化．（3）机械能守恒定律与能量守恒定律的关系机械能守恒定律是普遍的规律在特殊背景下一种特殊表现形式．2．能源利用和新能源开发（1）能源利用：煤、石油和天然气为化石燃料，这些能源不可再生，也不可重复使用，所以又称为常规能源，能量的大量使用也引起了环境问题．（2）新能源开发：目前，正在开发的新能源有风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能、生物质能及核聚变等．一、功与能的理解如图所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动．那么在这一过程中有什么力做功？同时又分别对应着怎样的能量转化？答案：重力和空气阻力做功，势能和动能之间的相互转化，又转化为内能．如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时木板对地位移为s，求这一过程中：（1）木板增加的动能；（2）小铁块减少的动能；（3）系统机械能的减少量．答案：（1）μmgs（2）μmg（s+l）（3）μmgl解析：（1）对B根据动能定理得：μmgs=Mv20从上式可知：ΔEkB=μmgs.（2）滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知：ΔEkA=μmg（s+l）．即小铁块减少的动能为．（3）系统机械能的减少量为系统克服摩擦力做的总功，即ΔE减=FfΔl=μmgl.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．功能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，即功能关系．几种常见的功能关系：功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少重力势能变化WG＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少弹性势能变化W弹＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化W合＝E2－E1负功动能减少除重力（或系统内弹力）外其他力做功正功机械能增加机械能变化W外＝E2－E1负功机械能减少3．应用功能关系需注意的问题搞清力对“谁”做功：对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量变化．如子弹物块模型中，摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能的变化．二、能量守恒定律的理解1．在自然界中除了有机械能之外，还存在哪些不同形式的能量？答案：内能、电能、电磁能、核能、化学能等．2．举例说明不同形式的能量之间可以相互转化．答案：虽然能量的存在形式多种多样．但在一定的条件下，不同形式的能量间可以相互转化，如光能→化学能，机械能→内能，机械能→电能，电能→化学能等．3．交流讨论：如图所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动．机械能消失了吗？若没有消失，转化成了什么？答案：机械能并没有消失，而是转化成了空气和小球的内能，最后都转化为空气的内能．4．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．你能举例说明不同性质的力做功会引起不同形式的能的转化吗？答案：（1）重力做功：重力势能和其他能相互转化；（2）弹力做功：弹性势能和其他能相互转化；（3）合外力做功：动能与其他形式能相互转化；（4）除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他形式能相互转化．某地平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面．如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？答案：3.4kW解析：在本题研究的过程中，气流动能的10%转化为电能，即在时间Δt内吹到风车上气流的动能的10%转化为电能．设在Δt时间内作用于风车的气流质量m＝πr2v·Δtρ这些气流的动能为eq\f(1,2)mv2转变成的电能E＝eq\f(1,2)mv2×10%所以风车带动发电机的功率为P＝eq\f(E,t)＝eq\f(1,2)πr2ρv3×10%代入数据得P＝3.4kW.1．表达式：ΔE1减＝ΔE2增2．含义（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等．（2）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．3．应用步骤（1）分清哪些形式的能（如机械能、热能、电能等）在变化．（2）分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．（3）依据能量守恒列式求解．4．应用能量守恒规律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移．1．下列能源中，哪些属于不污染环境的新能源（）．A．太阳能B．核能C．风能D．地热能答案：ACD2．人类利用的主要能源大致经历的三个时期是（）．A．煤炭时期、石油时期、电能时期B．煤炭时期、电能时期、核能时期C．煤炭时期、电能时期、太阳能时期D．柴薪时期、煤炭时期、石油时期答案：D3．关于能量和能源，下列说法正确的是（）．A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但能量品质降低了C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造答案：B解析：在能源利用过程中，虽然满足能量守恒，但由于能量转化、转移的方向性，能源的能量最终转化为内能，能量品质降低，所以A、C项错误，B项正确；能量守恒定律是一个普遍性规律，能量不能被创造，D项错误．4．如图所示，某同学利用橡皮条将模型飞机弹出，在弹出过程中，下列说法正确的是（）．A．橡皮条收缩，弹力对飞机做功B．飞机的动能增加C．橡皮条的弹性势能减少D．飞机的重力势能减小，转化为飞机的动能答案：ABC解析：在弹出飞机的过程中，橡皮条收缩产生弹力将飞机弹出，弹力对飞机做正功，飞机的动能增加，橡皮条的弹性势能减少，飞机上升，重力势能增加，A、B、C对，D错．5．太阳热水器是利用太阳能来为水加热的设备，在我国城乡许多屋顶上都可以看到．太阳单位时间直射到地面单位面积的能量为E0＝7×103J/（m2·s）．某热水器的聚热面积S＝2m2，若每天相当于太阳直射的时间为t＝4h，太阳