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我带领班子成员及全体职工,积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习,同时认真学习业务知识,全面提高了自身素质,增强职工工作积极性,杜绝了纪律松散4.3 能量的转化与守恒 4.4 能源与可持续发展学习目标1.掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.2.了解能量转化和转移的方向性,认识人类珍惜和保护能源和资源的必要性.3.了解我国能源状况,认识能源与环境协调发展的必要性.4.掌握各种功能关系,会应用功能关系和能量守恒定律解决问题.一、能量的转化与守恒1.能量的多样性:自然界中能量的形式有多种,如:机械能、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等,各种不同形式的能量可以相互转化.2.能量守恒定律:(1)内容: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不变.(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律,它宣布第一类永动机(不消耗能量而连续不断地对外做功,或者消耗少量能量而做大量的功的机器)是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的.二、能源与可持续发展1.能量的转化效率(1)任何机器都不可能(填“可能”或“不可能”)将输入的能量全部转化为有用的能量.(2)能量的转化效率.(3)机器的能量转化效率一定小于(填“一定小于”或“可以等于”)100%.2.能量转化和转移的方向性研究和事实都表明:能量的转化和转移具有方向性,或者说,能量的转化和转移具有不可逆性.3.第二类永动机不违反(填“违反”或“不违反”)能量守恒定律,但违反(填“违反”或“不违反”)能量转化和转移的不可逆性,因此不可能制成.4.能源开发、利用与环境保护(1)煤、石油、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源,是不可(填“可以”或“不可”)再生的.(2)能源的可持续发展战略:尽可能地开发和利用各种新能源,千方百计地提高不可再生能源的合理利用率和转化效率,并且厉行节约,避免浪费.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律.()(2)因为能量守恒,所以我们不需要节能.()(3)能量的转化和转移具有不可逆性.()(4)任何机器的能量转化效率都低于100%.()(5)第一类永动机不能制成是因为违反了能量守恒定律.()(6)第二类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律.()2.一个质量为60 kg的登山运动员,他登山时平均每小时登高500 m(竖直高度),已知人体内将化学能转化为机械能的效率为25%,那么他在3 h内消耗的化学能为_J.(g取10 m/s2)答案3.6106 J解析3 h内增加的机械能Emgh60105003 J9105 J消耗的化学能E3.6106 J.一、能量守恒定律的理解导学探究(1)在验证机械能守恒定律的实验中,计算结果发现,重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值,即机械能的总量在减少.机械能减少的原因是什么?减少的部分机械能是消失了吗?(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的?植物进行光合作用.放在火炉旁的冰融化变热.电流通过灯泡,灯泡发光.答案(1)机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功,机械能转化成了内能.不是.(2)光能转化为化学能内能由火炉转移到冰电能转化为光能知识深化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减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等.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.例1(多选)从光滑斜面上滚下的物体,最后停止在粗糙的水平面上,说明()A.在斜面上滚动时,只有动能和势能的相互转化B.在斜面上滚动时,有部分势能转化为内能C.在水平面上滚动时,总能量正在消失D.在水平面上滚动时,机械能转化为内能,总能量守恒答案AD解析在斜面上滚动时,只有重力做功,只发生动能和势能的相互转化;在水平面上滚动时,有摩擦力做功,机械能转化为内能,总能量是守恒的.二、能量守恒定律的应用1.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,E增E减.(3)从能的转移角度看,EA增EB减.2.能量守恒定律应用的关键步骤:(1)明确研究对象和研究过程.(2)找全参与转化或转移的能量,明确哪些能量增加,哪些能量减少.(3)列出增加量和减少量之间的守恒式.例2如图1所示,皮带的速度是3 m/s,两圆心的距离s4.5 m,现将m1 kg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0.15,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10 m/s2)图1(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.答案(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J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.mgsmv2,解得s3 m4.5 m,即物体可与皮带达到共同速度,此时Ekmv2132 J4.5 J.(2)由mgma得a1.5 m/s2,由vat得t2 s,则Qmg(vts)0.15110(63) J4.5 J.(3)由能量守恒知E电EkQ4.5 J4.5 J9 J.三、功能关系的理解与应用1.功能关系概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的,做功的过程就是能量之间转化的过程.(2)功是能量转化的量度.做了多少功,就有多少能量发生转化.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具体形式的能量转化相联系,具体功能关系如下:功能量转化关系式重力做功重力势能的改变WGEp弹力做功弹性势能的改变WFEp合外力做功动能的改变W合Ek除重力、系统内弹力以外的其他力做功机械能的改变WE机两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能的改变fs相对Q例3如图2所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道,半径OA水平、OB竖直,一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力.已知AP2R,重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中()图2A.重力做功2mgRB.机械能减少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功mgR答案D解析重力做功与路径无关,所以WGmgR,选项A错;小球在B点时所受重力提供向心力,即mgm,所以v,从P点到B点,由动能定理知:W合mv2mgR,故选项C错;根据能量守恒知:机械能的减少量为|E|Ep|Ek|mgR,故选项B错;克服摩擦力做的功等于机械能的减少量,故选项D对.例4如图3所示,在光滑的水平面上,有一质量为M的长木块以一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,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:图3(1)小铁块增加的动能;(2)长木块减少的动能;(3)系统机械能的减少量;(4)系统产生的热量.答案(1)mg(lL)(2)mgl(3)mgL(4)mgL解析画出这一过程两物体位移示意图,如图所示.(1)根据动能定理得mg(lL)Ek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,根据功能关系得EkMmgl,即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功mgl.(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功EmgL.(4)m、M间相对滑动的位移为L,根据能量守恒定律,有QmgL,即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量,也等于系统减少的机械能.1.(能源的利用)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,因此化石能源永远不会枯竭C.在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大,既变废为宝,减少污染,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、用之不竭答案C解析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变才能形成,且储量有限,为不可再生能源,B错误;在广大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,煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭,D错误.故选C.2.(功能关系)(多选)如图4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()图4A.flMv2 B.fdMv2 C.fdmv(Mm)v2 D.f(ld)mvmv2答案ACD解析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ld.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flMv2木块对子弹的作用力对子弹做负功,由动能定理得f(ld)mv2mv由得fdmv(Mm)v2所以,本题正确选项为A、C、D.3.(能量守恒定律的应用)如图5所示,一物体质量m2 kg,在倾角37的斜面上的A点以初速度v03 m/s下滑,A点距弹簧上端B的距离AB4 m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点,最大压缩量BC0.2 m,然后物体又被弹簧弹上去,弹到最高位置为D点,D点距A点AD3 m.挡板及弹簧质量不计,g取10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8.求:(小数点后保留两位小数)图5(1)物体与斜面间的动摩擦因数;(2)弹簧的最大弹性势能Epm.答案(1)0.52(2)24.46 J解析(1)物体从开始位置A点到最后D点的过程中,弹性势能没有发生变化,动能和重力势能减少,机械能的减少量为EEkEpmvmglADsin 37物体克服摩擦力产生的热量为Qfs其中s为物体的路程,即s5.4 mfmgcos 37由能量守恒定律可得EQ由式解得0.52.(2)物体由A到C的过程中,动能减小Ekmv重力势能减少EpmglACsin 37摩擦生热QflACmgcos 37lAC由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为EpmEkEpQ联立解得Epm24.46 J.课时作业一、选择题(16题为单选题,710
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