2018版 第2章 第3节　能量守恒定律 第4节　能源与可持续发展

第页第3节能量守恒定律第4节能源与可持续发展学习目标知识脉络1.理解机械能守恒定律的内容、条件、公式，会应用机械能守恒定律解决实际问题．(重点、难点)2．知道能量守恒定律，能应用能量守恒定律分析能的转化现象．(重点)3．了解能量转化和转移的方向性，了解能源开发和可持续发展的意义．4．知道热力学第二定律，了解热机效率问题.机械能守恒定律eq\o([先填空])1．机械能物体的动能和势能之和叫机械能．2．机械能守恒定律(1)内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能与势能可以发生相互转化，但机械能的总量保持不变．(2)适用条件：只有重力做功．(3)表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mgh1.eq\o([再判断])1．合力为零，物体的机械能一定守恒．(×)2．合力做功为零，物体的机械能一定守恒．(×)3．只有重力做功，物体的机械能一定守恒．(√)eq\o([后思考])如图2­3­1所示，大型的过山车在轨道上翻转而过．过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略轨道和空气阻力，机械能是否守恒？图2­3­1【提示】动能减少，重力势能增加，忽略轨道和空气阻力，过山车机械能守恒．eq\o([合作探讨])探讨1：请同学想一想，小桶如图2­3­2由静止释放，返回来会不会碰到额头？图2­3­2【提示】不会．因机械能守恒，摆回时的高度不会超过原来的高度．探讨2：质量为m的小球，以速度v斜向上抛离高为H的桌面．如图2­3­3，经过A点时所具有的机械能是多少？(以桌面为零势能面，不计空气阻力)图2­3­3【提示】以桌面为零势能面，小球在抛出点的机械能为eq\f(1,2)mv2，由于机械能守恒，故在A点的机械能为eq\f(1,2)mv2.eq\o([核心点击])1．机械能守恒的判断(1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒．(2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式能的转化，则系统机械能守恒．2．表达式及特点表达式特点Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末(从不同状态看)即初状态的机械能等于末状态的机械能Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp(从转化角度看)即过程中动能的增加量等于势能的减少量EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB(从转移角度看)即系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能3．应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)正确选取研究对象(物体或系统)，确定研究过程；(2)进行受力分析，考查守恒条件；(3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能；(4)运用守恒定律，列出方程求解．1．在物体自由下落的过程中，下列说法正确的是()【导学号：45732047】A．动能增大，势能减小，机械能增大B．动能减小，势能增大，机械能不变C．动能增大，势能减小，机械能不变D．动能不变，势能减小，机械能减小【解析】在自由下落过程中，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能不断减小，动能不断增大，选项C正确．【答案】C2．一个质量为m的滑块，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，当滑块从斜面底端滑到高为h的地方时，以斜面底端为参考平面，滑块的机械能是()A.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) B．mghC.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgh【解析】在整个过程中，只有重力做功，机械能守恒，总量都是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，因在高度h处，速度可能不为零，所以B项错误；C、D也错误．【答案】A3.如图2­3­4所示，质量m＝70kg的运动员以10m/s的速度，从高h＝10m的滑雪场上A点沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不计，以B点所在的水平面为参考平面，g取10m/s2，求：【导学号：45732048】图2­3­4(1)运动员在A点时的机械能；(2)运动员到达最低点B时的速度大小；(3)若运动员继续沿斜坡向上运动，他能到达的最大高度．【解析】(1)EA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh＝10500J.(2)由机械能守恒得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh所以vB＝10eq\r(3)m/s.(3)由机械能守恒得mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh得H＝15m.【答案】(1)10500J(2)10eq\r(3)m/s(3)15m1．无论直线运动还是曲线运动，机械能守恒定律都可应用，且仅需考虑始、末状态，而不必考虑所经历的过程．2．应用机械能守恒定律解题，一定要注意考查守恒条件．能量守恒定律eq\o([先填空])1．能量的转化自然界存在着各种不同形式的能量——机械能(动能和势能)、内能、电能、化学能、核能等，各种不同形式的能量可以相互转化．2．能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失．它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变，这就是能量守恒定律．它是自然界最普遍、最基本的规律之一．eq\o([再判断])1．自然界中的任何变化过程都满足能量守恒．(√)2．永动机不可能制成．(√)3．能量守恒过程外力做功必为零．(×)eq\o([后思考])如图2­3­5所示，一个叫丹尼斯·李的美国人在《美国今日》、《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机．你认为这种发电机能造出来吗？图2­3­5【提示】这种发电机违反了能量守恒定律，故不能制造出来．eq\o([合作探讨])如图2­3­6所示，发生雪崩时，山顶的积雪以排山倒海之势滚落下来．图2­3­6探讨1：雪崩的过程是否符合能量守恒定律？【提示】符合能量守恒定律．探讨2：重力做功引起什么能的改变？合外力做功引起什么能的改变？除重力之外的其它力做功引起什么能的改变？【提示】重力做功引起重力势能的改变，合外力做功引起动能的改变，除重力之外的其它力做功引起机械能的改变．eq\o([核心点击])1．做功和能的转化之间的关系功能关系内容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相互转化(或转移)的过程，做了多少功，就会有多少能量发生转化(或转移)实例重力做功重力做的功等于重力势能变化量的相反数(WG＝－ΔEp)弹力做功弹力做的功等于弹性势能变化量的相反数(WF＝－ΔEp)合力做功合力做的功等于物体动能的变化量(W总＝ΔEk)除重力、系统内弹力以外的其他力做功其他力做的功等于物体机械能的变化量(W其他＝ΔE机)2.利用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)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)列等式ΔE减＝ΔE增求解．4．如图2­3­7所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是()图2­3­7A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变【解析】由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确．【答案】B5．(多选)升降机底板上放一质量为100kg的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m/s，则此过程中(g取10m/s2)()【导学号：45732049】A．升降机对物体做功5800JB．合外力对物体做功5800JC．物体的重力势能增加5000JD．物体的机械能增加800J【解析】根据动能定理得：W升－mgh＝eq\f(1,2)mv2，可解得W升＝5800J，A正确；合外力做功为eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×100×42J＝800J，B错误；物体重力势能增加mgh＝100×10×5J＝5000J，C正确；物体机械能增加E＝Fh＝W升＝5800J，D错误．【答案】AC6．如图2­3­8所示，皮带的速度是3m/s，两圆心距离s＝4.5m，现将m＝1kg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，皮带不打滑，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10m/s2)图2­3­8(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E.【解析】(1)由μmg＝ma可求得a＝1.5m/s2，因为μmgs＝eq\f(1,2)mv2所以物体加速阶段运动的位移s＝3m＜4.5m，即物体可与皮带达到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由v＝at可求得t＝2sQ＝μmg(vt－s)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J(3)E电＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.【答案】(1)4.5J(2)4.5J(3)9J能量守恒定律的理解1．某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，而且减少量和增加量相等．2．某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，而且减少量和增加量相等．能源与可持续发展eq\o([先填空])1．机械能与内能间转化的方向性机械能可以完全转化为内能，反过来，内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能．2．热传递过程的方向性在热传递的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不可能自动地从低温物体向高温物体转移．3．珍惜利用常规能源能量的利用过程是不可逆的，自然界中的常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的储量是有限的，并且是不可再生的，因此我们要珍惜现有的能源，尽量提高能源的利用效率．4．开发绿色新能源(1)常规能源的大量使用带来的环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘．(2)为维持人类社会的可持续发展，应该注意研究和开发新的能源，优先开发的绿色新能源包括：核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能等．eq\o([再判断])1．能量守恒是自然界中普遍适用的规律，不需节约能源．(×)2．将煤做燃料供暖改进为用天然气做燃料供暖彻底实现了环境保护．(×)3．常规能源会带来大量的环境问题，开发新能源是可持续发展的需要．(√)eq\o([后思考])1．“煤既是常规能源又是不可再生能源”，这种认识正确吗？【提示】正确．根据能源的分类角度不同，可将煤分成常规能源和不可再生能源等．2．可持续发展的意义是什么？【提示】可持续发展是指不仅满足当代人的发展需要，还应考虑不损害后代人的发展需要．eq\o([合作探讨])探讨1：如图2­3­9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？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？图2­3­9【提示】机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动．探讨2：如图2­3­10所示，是我国能源结构的统计图，根据此图的数据，总结出我国能源结构或现状有什么规律？图2­3­10【提示】我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小．eq\o([核心点击])1．关于方向性的理解：(1)机械能与内能转化的方向性．①机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能．②机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却需要复杂的技术手段，比如利用热机等进行转化．(2)热传递的方向性：在热传递过程中，内能可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移，内能的转移也具有方向性．例如，内能要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功的方式来进行，如冰箱、空调制冷等．散失到周围环境中的内能不能回收再重新利用．2．关于“自发”的理解“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助．热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向．机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化．7．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【解析】自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量转化具有方向性，不能被创造．【答案】B8．十八大报告提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个