2018秋滬科版高中物理必修2課件：4.3　能量的轉(zhuǎn)化與守恒--4.4　能源與可持續(xù)發(fā)展

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1、4 .3能量的轉(zhuǎn)化與守恒*4 .4能源與可持續(xù)發(fā)展 自主閱讀 自我檢測一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒1.能量的多樣性自然界中能量的形式多種多樣,例如,機(jī)械能、內(nèi)能、電磁能、光能、化學(xué)能、核能、生物能等。2.能量守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生,也不能憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。3.能量守恒定律確立的意義(1)揭示了自然界各種運(yùn)動形式不僅具有多樣性,而且具有統(tǒng)一性。物體的各種運(yùn)動形式之間可以相互轉(zhuǎn)化。(2)宣布“第一類永動機(jī)”不可能制成。 自主閱讀 自我檢測4.下圖是小朋友沿滑梯向下滑動過程中,他們身上發(fā)生了哪些能量間的轉(zhuǎn)化?小朋友

2、的機(jī)械能守恒嗎?提示:小朋友下滑時,重力勢能減少,動能增加,同時他們與滑梯的內(nèi)能也增加;小朋友的機(jī)械能減少,一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 自主閱讀 自我檢測二、能源與可持續(xù)發(fā)展1.能量的轉(zhuǎn)化效率2.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性。3.第二類永動機(jī)不可能性第二類永動機(jī)并不違背能量守恒定律,但違背了能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性。4.有的同學(xué)認(rèn)為既然自然界總能量是守恒的,那就沒必要節(jié)約能源了。他的觀點為何不對? 提示:總能量雖然守恒,但是可利用的能量越來越少,所以人類應(yīng)節(jié)約可利用能源。 自主閱讀 自我檢測1.正誤辨析(1)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的

3、規(guī)律。 ()(2)隨著科技的發(fā)展,“第一類永動機(jī)”是可以制成的。 ()(3)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,因而必有損耗,所以能量是不守恒的。 ()(4)第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律,所以總有一天是會成功的。 ()(5)能量不能創(chuàng)造,不能再生,能量只能進(jìn)行轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,但能量間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向的。 ()答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主閱讀 自我檢測2.利用能源的過程實質(zhì)上是()A.能量的消失過程B.能量的創(chuàng)造過程C.能量不守恒的過程D.能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移并且耗散的過程解析:利用能源的過程實質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程,在能源的利用過程中能量是耗散的,D正確。答案:D 自主閱讀 自我檢測

4、3.在質(zhì)量為0.5 kg的重物上安裝一極輕的細(xì)棒(設(shè)細(xì)棒足夠長),如圖所示的那樣,用手在靠近重物處握住細(xì)棒,使重物靜止,握細(xì)棒的手不動,稍稍減小握力,使手和細(xì)棒間保持一定的摩擦力,讓重物和細(xì)棒保持一定的加速度下落,在起初的1.0 s的時間里,重物落下了0.50 m。在此過程中手和細(xì)棒之間所產(chǎn)生的熱量是多少?(g取10 m/s2) 答案:2.25 J 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二對能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的認(rèn)識如圖所示,把小球拉到一定角度后釋放,小球在豎直平面內(nèi)來回擺動,我們觀察到它的擺動幅度越來越小,最后停止擺動。機(jī)械能消失了嗎?若沒有消失,轉(zhuǎn)化成了什么?能否讓這種能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使小

5、球動起來呢?要點提示:機(jī)械能沒有消失,而是轉(zhuǎn)化為小球和空氣的內(nèi)能,不可能使內(nèi)能自發(fā)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使小球擺動。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二1.自然界存在著多種形式的能量,在一定條件下,各種形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。如在熱傳遞過程中,高溫物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到低溫物體,在這種轉(zhuǎn)移的過程中能量形式?jīng)]有變。小朋友滑滑梯時,由于摩擦而使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能的總量保持不變。大量事實證明,在普遍存在的能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,消耗多少某種形式的能量,就得到多少其他形式的能量。如在熱傳遞過程中,高溫物體放出多少熱量(減少多少內(nèi)能),低溫物體就吸收多少熱量(增加多

6、少內(nèi)能);克服摩擦力做了多少功,就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但能量的總量不變。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二3.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也不是任意的,涉及內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是具有方向的。(1)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化。(2)內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,而不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二【例1】如圖所示,通過定滑輪懸掛兩個質(zhì)量分別為m1、m2的物體(m1m2),不計繩子質(zhì)量、繩子與滑輪間的摩擦等,在m1向下運(yùn)動一段距離的過程中,下列說法正確的是()A.m 1勢能的減少量等于m1動能的增加量

7、B.m1勢能的減少量等于m2勢能的增加量C.m1勢能的減少量等于m2動能的增加量D.m1勢能的減少量等于m1、m2兩者動能的增加量與m2勢能增加量之和 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二解析:兩個物體在運(yùn)動過程中,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。m1的重力勢能減少量等于m2重力勢能的增加量與兩物體的動能之和,D正確。答案:D規(guī)律方法利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點注意(1)能量既可通過做功的方式實現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化,也可在同一物體的不同部分或不同物體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(2)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。利用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變化,分析時避免出現(xiàn)遺漏。 問題導(dǎo)引

8、知識歸納典例剖析知識點一 知識點二變式訓(xùn)練1(多選)下列過程可能實現(xiàn)的是()A.水的溫度自動下降時釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.利用不同深度的海水溫度不同來制造一種機(jī)器,把海水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.粗糙水平面上運(yùn)動的物體的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使物體溫度升高D.靜止在光滑水平面上的物體,溫度降低時釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為物體的動能,使物體運(yùn)動起來解析:根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性可知,物體溫度下降釋放的內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,因此選項A、D是錯誤的,而選項B、C都是可實現(xiàn)的過程。答案:BC 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析能量守恒定律的理解及應(yīng)用Dennis Lee和他的

9、永動機(jī)一個叫丹尼斯李(Dennis Lee)的美國人在美國今日新聞周刊等全國性報刊上刊登大幅廣告,在全美各地表演,展示其號稱無需任何能源的發(fā)電機(jī)。你認(rèn)為這種發(fā)電機(jī)能造出來嗎? 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析要點提示:不能。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的定律之一。物體之間只能發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,但總能量不變。任何事物都不能違背能量守恒定律。丹尼斯李的發(fā)電機(jī)不消耗其他能量而可以不斷地產(chǎn)生電能。這違背了能量守恒定律,因此不能制成。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析1.能量守恒定律的理解(1)適用條件:能量守恒定律是普遍適用的,對宏觀世界與微觀世界、高速運(yùn)動與低速

10、運(yùn)動都成立。(2)意義:能量守恒定律揭示了各種運(yùn)動形式的統(tǒng)一性,它把機(jī)械的、熱的、光的、電的、磁的、化學(xué)的、生物的等現(xiàn)象聯(lián)系起來,告訴人們自然科學(xué)是相互聯(lián)系、相互統(tǒng)一的,能量之間的轉(zhuǎn)化反映了物質(zhì)的運(yùn)動形式的變化。2.能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看,E 初=E終。(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看,E增=E減。(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看,EA增=EB減。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析3.解題步驟(1)分清共有多少種形式的能(如動能、勢能、電能、內(nèi)能等)在變化。(2)明確哪種形式的能量增加,哪種形式的能量減少。(3)減少的總能量一定等于增加的總能量,據(jù)此列出方程E減=E 增。 知識點一 知識

11、點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析【例2】如圖所示,斜面的傾角為,質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為s0,滑塊以初速度v0沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為,滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑塊每次與擋板相碰均無機(jī)械能損失,求滑塊經(jīng)過的總路程。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析解析:滑塊最終要停在斜面底部,設(shè)滑塊經(jīng)過的總路程為s,對滑塊運(yùn)動的全程應(yīng)用能量守恒定律,全程所產(chǎn)生的熱量為又因為全程產(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力所做的功,即Q=mgscos 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析規(guī)律方法列能量守恒表達(dá)式時的兩條基本思路(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少

12、量一定和增加量相等。(2)某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析變式訓(xùn)練2右圖是一個粗細(xì)均勻的U形管,內(nèi)裝有同種液體,液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋板A密閉,兩邊液面高度差為h,U形管內(nèi)液柱的總長度為4h,拿去蓋板,液體開始運(yùn)動,由于管壁的阻力作用,最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動,則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為() 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析解析:去掉右側(cè)蓋板之后,液體向左側(cè)流動,最終兩側(cè)液面相平,液體的重力勢能減少,減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示,最終狀態(tài)可等效為右側(cè) h的液柱移到左側(cè)管中,即增加的內(nèi)能等于該液柱

13、減少的重力勢能,則 ,故A正確。答案:A 1 2 3 41.在以下過程中,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是()A.冰塊在地面上滑動時融化B.砂輪磨刀C.水開了會頂動壺蓋D.火柴摩擦后燃燒解析:A、B項中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C項中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,D項中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。答案:C 1 2 3 42.關(guān)于能量和能源,下列說法正確的是()A.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,其總量有可能增加B.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,其總量會不斷減少C.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變,故節(jié)約能源沒有必要D.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,且現(xiàn)有可利用的能源有限,故必須節(jié)約能源解析:能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中,總量是守恒的,故選項A、B錯誤;能

14、量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變,但具有方向性,我們要注意節(jié)約能源,選項C錯誤,D正確。答案:D 1 2 3 43.(多選)下述設(shè)想中,符合能量守恒定律的是()A.利用永磁鐵和軟鐵的相互作用,做成一架機(jī)器,永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動下去B.制造一架飛機(jī),不攜帶燃料,只需利用太陽能就能飛行C.做成一只船,利用流水的能量,逆水行駛,不用其他動力D.利用核動力使地球離開太陽系解析:A、C項不消耗任何其他能量,而維持轉(zhuǎn)動或行駛,違背能量守恒定律,是錯誤的。B、D利用太陽能或核能,不違背能量守恒定律,所以B、D項正確。答案:BD 1 2 3 44.某地平均風(fēng)速為5 m/s,已知空氣密度是1.2 kg/m3,有一風(fēng)車,它的車葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為12 m的圓面,如圖所示。如果這個風(fēng)車能將圓面內(nèi)10%的氣流動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?則該風(fēng)車帶動的發(fā)電機(jī)功率是多大?解析:在t時間內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量m=r2vt 代入數(shù)據(jù)得P=3.4 kW。 答案:3.4 kW