能量转化与守恒,学习目标： 1.知道自然界中各种不同形式的能量之间可以相互转化且能量转化和转移的方向性 2能够叙述能量守恒定律的内容并会用能量守恒的观点分析计算一些实际问题 重点难点：能量转化与守恒定律的应用,一、各式各样的能量与能量转化,点击下图链接,1、自然界中的各种各样的能量自然界中存在着不同形式的能量，与物体的机械运动对应的能量称_，与物体内大量分子热运动及分子间相互作用对应的能量称为_,与电磁运动对应的能量称为_，与物质的化学运动对应的能量称为_,机械能,内能,电磁能,化学能,2、能量之间的转化虽然自然界中存在多种形式的能量，但不同形式的能量之间可以相互_,转化,1、不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。,二、能量转化的量度功,提示：做功的过程就是能量发生相互转化的过程，且做了多少功，就有多少能量发生相互转化，即功是能量转化的量度。,常见的力做功与能量变化的对应关系如下：,2、功能关系的物理意义：,做了多少功，就有多少能量发生了转化。如：运动员将质量为150kg的杠铃举高了2m，他做了3000J的功，就有约3000J的化学能转化为(杠铃的)重力势能。,（1）内容：功是能量转化的量度,（2）对功能关系的四点理解,能量的转化是通过做功来完成的，做功的过程就是能量转化的过程。如：重力做功，可使重力势能和动能发生相互转化；弹簧的弹力做功，可使弹性势能和动能发生相互转化；电动机做功，可将电能转化为机械能；电流做功，可将电能转化为内能和光能等等。,自然界中各种不同性质的力(如重力、弹力、摩擦力分子力、电磁力、核力等等)做功，使形形色色的能发生相互转化(不同力做的功对应着不同的能量转化)。虽然它们做功的计算方式可能不同，但做了多少功就有多少能量由一种形式转化为另一种形式。,功是能量转化的量度(这是功的物理意义)，它建立起了功与能量转化的桥梁，因此通过做功的多少可以定量地研究能量变化或能量转化的问题。,三、能量转化与守恒定律,、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其总量保持不变，这就是能量守恒定律。,、定律的表达式：E初E终 ；E增E减,B,、能量转化与守恒定律的物理意义,(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。,(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。,4、能量的转化和转移特点,（1）转移特点：能量的形式没有改变，总量保持不变,（2）转化特点：能量的形式发生变化，总量保持不变,(3)能量转化与守恒定律它不仅适用于无机界，也适用于生命过程，是自然界中最基本、最普遍的规律,5、能量转化和转移的方向性,（1）物体自发的能量转化和转移是有方向性的，如物体的内能只能从高温物体向低温物体转移。,（2）许多形式的能量转化和转移必须借助技术装置。,第一永动机幻想的破灭 相关链接,四、解决动力学问题的两个基本观点,1力的观点应用牛顿运动定律结合运动学规律解题是这一观点的核心。此种方法往往求的是瞬时关系，利用此种方法解题必须考虑运动状态改变的细节。从中学研究的范围来看，只能用于匀变速运动(包括直线运动和曲线运动)，对于一般的变加速运动，不能用之求解。,2功和能的观点应用动能定理和能的转化与守恒定律是这一观点的核心。这个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程中状态的改变，它不要求对过程是怎样变化的细节深入研究，而更关心运动状态的变化及引起变化的原因。简单地说，只要求知道过程的始末状态、动能、势能和力在过程中做的功，即可对问题求解。,例1：(单选)下列说法中正确的是( ) A能就是功，功就是能 B做功越多，物体的能量就越大 C外力对物体不做功，这个物体就没有能量 D能量转化的多少可以用做功来量度,解析：选D。功和能是两个不同的概念，故A错误；做功的多少只是说明了能量转化的多少，而不能说明能量的多少，故B错 误；外力做功与物体能量的有无无关,故C错误；功是能量转化的量度，故D正确。,例：质量为m=2kg的物体下落过程中，经过高度h1=2.3m处速度为v1=1m/s，下落至高度h2=2.0m处速度为v2=2m/s，求物体由h1下落到h2过程中由于空气阻力产生的内能。,解：设产生的内能为Q，根据能量守恒定律，有：,解得：,例:如图是利用潮汐发电示意图，左方为陆地和海湾,中间为水坝，其下有通道，水经通道可带动发电机，长潮水时，水进入海湾，待内外水位高度相同时，堵住通道,如图a，潮水落至最低时放水电，如图b,待内外水位相同再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电。设海湾面积为 ，高潮与低潮间高度差为h=3.0m，求一天内水流的平均功率。(g取10m/s2),解：利用潮汐发电其实就是将海水的重力势能转化为电能，设每次涨潮时进入海湾（退潮时流出海湾）的质量为m，则：,其重心高度变化为,一天内海水两进两出，故水流功率为：,解析：当物体轻刚放到传送带时，速度为零，小木块与皮带存在相对滑动，必然受到传送带滑动摩擦力的作用做匀加速直线运动，当速度达到与传送皮带同速度后不在相对滑动，整个过程木块获得一定的动能，系统要产生摩擦热。：,例4：如图所示，滑块从A点由静止开始沿斜面下滑，过O点后滑上右边斜面B点时的速度恰好等于零，O点附近光滑，滑块经过O点没有能量损失若滑块从B点以某速度v沿原路往回滑，到达A点时速度也恰好为零，求A、B两点之间的高度差。,【思路点拨】滑块从A至B的过程中，重力势能减少量为mgh，这部分能量转化为内能；物体从B至A的过程中，动能损失一部分转变为重力势能mgh，另一部分转化为内能,解析：当物体轻刚放到传送带时，速度为零，小木块与皮带存在相对滑动，必然受到传送带滑动摩擦力的作用做匀加速直线运动，当速度达到与传送皮带同速度后不在相对滑动，整个过程木块获得一定的动能，系统要产生摩擦热。：,例5：如图所示，质量为m的物体，从半径为R的竖直半圆形轨道的边缘由静止开始下滑，滑至最低点时速度为v，则物体沿轨道下滑的过程中，产生的内能是多大？,例6：如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度V0冲上质量为M、长为L、置于光滑水平面C上的木板B，正好不从木板掉下，已知A、B间的动摩擦因素为 ，此时长木板对地位移为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；(4)系统产生的热量。,(3)系统机械能的减少量为：,由(1)(2) 可得：,分析：在此过程中摩擦力做功的情况：A和B所受摩擦力分别为F和 ，且 ，A在F的作用下减速，B在 的作用下加速；当A滑动到B的右端时，A、B达到同样的速度V，就正好不从木板掉下。,(4)m、相对位移为，根据能量守恒定律：,从上式可知,(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知：,即,解:根据动能定理得:,例7：如图，电机带动水平传送带正以v的速度传动，一质量为m的小木块由静止轻轻放到传送带上，若小木块与传送带之间动摩擦因素为的，当小木块与传送带相对静止时，求(1)小木块的位移；(2)传送带转过的位移；(3)小木块获得的动能；(4)摩擦过程中产生的摩擦热；(5)电机带动传送带匀速转动输出的总能量。,解析：当物体轻刚放到传送带时，速度为零，小木块与皮带存在相对滑动，必然受到传送带滑动摩擦力的作用做匀加速直线运动，当速度达到与传送皮带同速度后不在相对滑动，整个过程木块获得一定的动能，系统要产生摩擦热。：,解：对小木块，相对滑动时mgma 得物体的加速度大小为： ag，由V=at得，达到相对静止需要的时间为：,(1)小木块的位移,(2)传送带做匀速运动，其路程为,(3)小木块获得的动能为,(4)产生的摩擦热为,(5)由能的转化与守恒定律得，电机输出的总能量转化为木块的动能和内能，所以有,(1)工件与传送带间的动摩擦因数； (2)电动机由于传送工件多消耗的电能。,【命题探究】本题综合考查了动力学及能的转化和守恒定律的应用。第一问重点在对运动过程分析的基础上的公式应用，第二问是考查能量守恒问题。,2.传送带上的功能关系问题 【典题例证】如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角=30，皮带在电动机的带动下，始终保持v0=2m/s的速率运行，现把一质量为m=10kg的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过 时间1.9s，工件被传送到h=1.5m的高处，取g=10m/s2 ，求：,【深度剖析】(1)由图可知，皮带长 工件速度达 v0前，做匀加速运动的位移,匀速运动的位移为x-x1=v0(t-t1),解得加速运动的时间t1=0.8s，,加速运动的位移x1=0.8m，所以加速度,由牛顿第二定律有：mgcos-mgsin=ma，解得,(2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生 相对位移时摩擦力做功发出的热量。 在时间t1内，皮带运动的位移x皮=v0t1=1.6m。 在时间t1内，工件相对皮带的位移x相=x皮-x1=0.8m。 在时间t1内，摩擦发热Q=mgcosx相=60J。,工件获得的动能,工件增加的势能Ep=mgh=150J。 电动机多消耗的电能W=Q+Ek+Ep=230J。,例10：如图，用长为L的细绳悬挂一个质量为m的小球，悬点O点，把小球拉至A点，使悬线与水平方向成30角，然后松手，问：小球运动到悬点的正下方B点时，悬线中张力多大？,解：如图所示，由AC过程，小球自由下落，只受重力作用，下落高度为：,在CB过程，取B为零势面有:,将vC1代入解得：,在B点绳子拉力为T，由牛顿第二定律,落至C时的速度为VC，取C为零势面，由机械能守恒定律有：,在C点，小球受重力和绳子的拉力共同作用，它克服绳子的拉力做功，使速度发生突变，由VC变为VC1，且有：,