2024-2025学年高中物理第4章机械能和能源第6节能量的转化与守恒学案含解析粤教版必修2

PAGE9-第六节能量的转化与守恒学习目标知识脉络1.知道能量守恒定律的内容．(重点)2．理解能量守恒定律的准确含义．(难点)3．驾驭应用能量守恒定律解决问题的方法．(重点)4．知道能量转化的方向性．(难点)一、能量及其转化各种各样的能量及转化(1)对能量概念的初步相识a．构成世界的基本要素为物质、能量、信息．能量无处不在，能量转化无时不有．b．一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量．(2)各种各样的能量名称含义机械能与物体的运动或位置高度、形变相关的能量，表现为动能、势能内能组成物质的粒子(原子或分子)的无规则运动所具有的动能和势能的总和化学能储存在化合物的化学键里的能量核能储存在原子核内部的能量、原子核发生核反应(如裂变或聚变)时，会释放出巨大的能量电磁能以各种各样的电磁波的形式传播的能量…………(3)能量之间的相互转化自然界中，能量的存在形式多种多样，这些能量之间可以相互转化．我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的．二、能量的转化与守恒定律1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，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，在转化或转移过程中其总量不变．2．意义揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性，能量既不能无中生有，也不能歼灭，只能在肯定条件下相互转化．三、能量转化和转移的方向性自然界中，很多现象的发生、发展都具有方向性，能量的转化和转移也具有方向性．1．烧火生热：化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会自发地重新转化为化学能．2．热传导：热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但热量却不能自发地从低温物体传递到高温物体．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)做功的过程就是能量转化的过程． ()(2)做功越多，能量的转化也越多． ()(3)物体做了多少功，就有多少能量消逝． ()(4)当一个物体的能量削减时，肯定有其他物体的能量增多． ()(5)自然界中的任何改变过程都满意能量守恒． ()(6)能量守恒过程外力做功必为零． ()(7)热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体． ()(8)热传导的过程具有方向性． ()(9)机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能． ()【提示】(1)√(2)√(3)×物体做了多少功，就有多少能量发生转化．(4)√(5)√(6)×能量守恒过程外力做功不必为零．(7)√(8)√(9)√2．(多选)一个质量为m的物体以a＝2g的加速度竖直向下运动，则在此物体下降h高度的过程中，下列说法正确的是()A．物体的重力势能削减了2mghB．物体的动能增加了2mghC．物体的机械能保持不变D．物体的机械能增加了mghBD[物体以a＝2g的加速度向下运动，说明除重力外，还有其他力对物体做正功．物体下降h，重力势能削减mgh，A错误．动能增加2mgh，B正确．物体的机械能增加mgh，C错误，D正确．]3．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其缘由是()A．这违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能都不行能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确C[机械能和内能可以相互转化，但必需通过做功来实现．因为各种有关热的物理过程都具有方向性，所以内能不行能全部转化成机械能，同时不引起其他改变．]能量守恒定律的理解和应用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．能量守恒定律的理解某种形式的能削减，肯定存在其他形式的能增加，且削减量和增加量肯定相等．某个物体的能量削减，肯定存在其他物体的能量增加，且削减量和增加量肯定相等．3．能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初＝E末．(2)从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减．(3)从能的转移角度看，ΔEA增＝ΔEB减．4．能量守恒定律应用的关键步骤(1)明确探讨对象和探讨过程．(2)找全参加转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量削减．(3)列出增加量和削减量之间的守恒式．【例1】如图所示，皮带的速度是3m/s，两圆心的距离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，电动机带动皮带将物体从左轮运输到右轮正上方时，求：(g取10m/s2)(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.思路点拨：①物块先加速后匀速，由Ek＝eq\f(1,2)mv2求Ek，由Q＝μmg·Δx求热量．②由能量守恒E电＝Ek＋Q求得．[解析](1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s′μmgs′＝eq\f(1,2)mv2，解得s′＝3m<4.5m即物体可与皮带达到共同速度，此时Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，则Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J.(3)由能量守恒知E电＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.[答案](1)4.5J(2)4.5J(3)9J利用能量转化与转移解题的两点留意：(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移．(2)利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量改变，分析时避开出现遗漏．1.如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的改变状况是()A．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B[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．]功能关系的理解与应用1.功与能量的转化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．功与能的关系由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种详细形式的能量转化相联系，详细功能关系如下：功能的改变表达式重力做功正功重力势能削减重力势能改变WG＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能削减弹性势能改变W弹＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能改变W合＝Ek2－Ek1负功动能削减除重力(或系统内弹力)外其他力做功正功机械能增加机械能改变W外＝E2－E1负功机械能削减【例2】如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以肯定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，求这个过程中：(1)小铁块增加的动能；(2)长木块削减的动能；(3)系统机械能的削减量；(4)系统产生的热量．思路点拨：①由W合＝ΔEk分析小铁块及长木板动能的改变．②由W外＝ΔE分析系统机械能的削减量，由能量守恒分析系统产生的热量．[解析]画出这一过程两物体位移示意图，如图所示．(1)依据动能定理得μmg(l－L)＝ΔEk即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功．(2)摩擦力对长木块做负功，依据功能关系得ΔEkM＝－μmgl，即长木块削减的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl.(3)系统机械能的削减量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.(4)m、M间相对滑动的位移为L，依据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统削减的机械能．[答案](1)μmg(l－L)(2)μmgl(3)μmgL(4)μmgL1公式W＝F·s·cosθ中s均指物体对地位移.2两物体间滑动摩擦产生的内能Q＝f·s相对，s相对指两接触面间的相对位移或相对路程.2．(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动．已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系式中正确的是()A．fl＝eq\f(1,2)Mv2B．fd＝eq\f(1,2)Mv2C．fd＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2D．f(l＋d)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2ACD[画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为l＋d.由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f.子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得f·l＝eq\f(1,2)Mv2 ①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得－f·(l＋d)＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) ②由①②得f·d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2所以，本题正确选项为A、C、D.]能量的转化和转移的方向性1.关于方向性的理解：能量守恒定律指明各种形式的能量可以相互转化，并且在转化或转移过程中总和不变．但是能量的转化和转移并不是随意的，而是具有方向性的，详细表现在：(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，但内能不行能自动地、并不引起任何改变地全部转化为机械能．②机械能转化为内能不须要特地的装置，而内能要转化为机械能却须要困难的技术手段，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．散失到四周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”是指不须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，但相反的过程不行能自发地进行而不引起任何改变．【例3】十九大报告提出了“推动绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是()A．夏每天气燥热，空调的温度调得越低越好B．把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器C．出行时，假如条件允许的话，尽可能选择公共交通工具D．日常生活中，做到顺手关灯，关掉较长时间不运用的电脑和电视A[夏每天气燥热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源奢侈，选项A不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗的燃气是不行再生能源，太阳能热水器运用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，削减污染；顺手关灯等习惯有利于节约能源，选项B、C、D都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．]分析能量形式以及能量转化的方向.搞清晰是何种形式的能向何种形式的能的转化.抓住能量转化过程中能量守恒这一重要规律，即满意E1＝E2＋E损失.3．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，所以不须要节约能源B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未削减，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，所以能量可以被创建B[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，不能被创建．]1．关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是()A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源恒久不会枯竭C．在广袤的农村推广沼气前景广袤、意义重大，既变废为宝，削减污染，又大量节约能源D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭C[能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演化才能形成，且储量有限，为不行再生能源，B错误；在广袤农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不行能取之不尽、用之不竭，D错误．故选C.]2．(多选)在体育竞赛项目