2019-2020学年高中物理 第七章 10 能量守恒定律与能源课件 新人教版必修2

10.能量守恒定律与能源1.了解各种不同形式的能,知道能量守恒定律确定的两类重要事实。2.能够叙述能量守恒定律的内容,会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题。3.了解能量耗散,知道能源短缺和环境恶化问题,增强节约能源和环境保护意识。一二一、能量守恒定律1.导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是:确认了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系和转化。2.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别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。一二最近出现了一种“自发电电动车”,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗?提示:不能。因为违反了能量守恒定律。一二二、能源和能量耗散1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。自工业革命以来,煤和石油成为人类的主要能源。2.能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。3.燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫作能量的耗散。一二4.能量耗散表明,在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含义,也是“自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源”的根本原因。5.能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。一二一、对功能关系的理解1.功是能量转化的量度做功的过程就是能量转化的过程,做了多少功,就有多少能量发生转化。利用这种关系可以定量地研究能量及其转化的问题。功和能量是有区别的:功是过程量,能量是状态量只能说处于某一状态的物体(或系统)具有多少能量,而不能说这个物体(或系统)具有多少功;功是能量转化的量度,决不能说“功是能的量度”,因为功只能用来量度物体状态变化时能量变化的多少,而不能用来量度物体在某一状态所具有的能量。2.功能关系我们关心的大多是能量的变化量,而不是能量的具体数值,能量的转化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系,即所谓功能关系。一二3.几种常见的功能关系力做功能的变化定量关系合力的功动能变化W=Ek2-Ek1=ΔEk重力的功重力势能变化(1)重力做正功,重力势能减少(2)重力做负功,重力势能增加(3)WG=-ΔEp=Ep1-Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化(1)弹力做正功,弹性势能减少(2)弹力做负功,弹性势能增加(3)WF=-ΔEp=Ep1-Ep2只有重力、弹簧弹力做功不引起机械能变化机械能守恒ΔE=0一二力做功能的变化定量关系除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功机械能变化(1)其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少(2)其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少(3)W=ΔE一对滑动摩擦力的总功内能变化(1)作用于系统的一对滑动摩擦力的总功一定是负的,系统内能增加(2)Q=FfL相对一二4.应用功能关系需注意的问题搞清力对“谁”做功:对“谁”做功就对应“谁”的位移,引起“谁”的能量变化。如子弹物块模型中,摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解,这个功引起子弹动能的变化。温馨提示功与能是两个不同的概念,功是力在空间上的积累,做功需要一个过程。能反映了物体对外做功的本领,两者有本质的区别,且功与能不能相互转化,但物体的能量转化是通过做功来实现的。一二二、能量守恒定律的理解及应用1.对定律的理解:(1)某种形式的能量减少,一定存在另外形式的能量增加,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,且减少量和增加量相等。2.表达式:E初=E末ΔE增=ΔE减一二3.解题步骤:(1)分清共有多少种形式的能(如动能、势能、电能、内能等)在变化;(2)明确哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减少;(3)减少的总能量一定等于增加的总能量,据此列出方程:ΔE减=ΔE增。温馨提示应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能量在变化,求出减少的总能量和增加的总能量,然后再依据能量守恒定律列式求解。类型一类型二类型一功能关系的理解【例题1】如图所示,某段滑雪雪道倾角为30°,总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑,加速度为13𝑔。在他从上向下滑到底端的过程中,下列说法正确的是()A.运动员减少的重力势能全部转化为动能B.运动员获得的动能为13𝑚𝑔ℎC.运动员克服摩擦力做功为23𝑚𝑔ℎD.下滑过程中系统减少的机械能为13𝑚𝑔ℎ类型一类型二解析:运动员的加速度为13𝑔,小于gsin30°,所以必受摩擦力的作用,且大小为16𝑚𝑔,克服摩擦力做功为16𝑚𝑔×ℎsin30°=13𝑚𝑔ℎ,故C错误;摩擦力做功,机械能不守恒,减少的势能没有全部转化为动能,而是有13𝑚𝑔ℎ转化为内能,故A错误,D正确;由动能定理知,运动员获得的动能为13𝑚𝑔×ℎsin30°=23𝑚𝑔ℎ,故B错误。答案:D题后反思应正确把握几种功能关系:①合外力对物体所做的功等于物体动能的增量;②重力做功等于重力势能的减少量;③除重力或系统内弹力以外的其他力做的功等于物体机械能的变化量。类型一类型二类型二能量守恒定律的应用【例题2】如图所示,传送带与水平面之间的夹角为θ=30°,其上A、B两点间的距离为x=5m,传送带在电动机的带动下以v=1m/s的速度匀速运动,现将一质量为m=10kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点。已知小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ=32,在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中,(g取10m/s2)求:(1)传送带对小物体做的功;(2)电动机多做的功。类型一类型二点拨:小物体放到传送带上后,先做匀加速运动,当速度与传送带速度相等后,与传送带一起做匀速运动,由能量守恒知,电动机多消耗的电能转化为物体增加的机械能和系统产生的内能。解析:(1)根据牛顿第二定律知μmgcosθ-mgsinθ=ma可得a=14𝑔=2.5m/s2当物体的速度为1m/s时,位移为x'=𝑣22𝑎=0.2m即物体匀速运动了4.8m由功能关系可得W=ΔEk+ΔEp=12𝑚𝑣2+𝑚𝑔𝑥sinθ=255J。类型一类型二(2)电动机多做功使小物体机械能增加,同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q而由v=at,得t=0.4s相对位移为x″=vt-x'=0.2m摩擦生热Q=μmgx″cosθ=15J故电动机多做的功为270J。答案:(1)255J(2)270J题后反思求解物体在传送带上运动的问题,首先要正确分析物体的受力和运动情况:一般情况下物体的运动有两个或两个以上的过程,要将各个过程的做功和能量的转化弄清楚,然后根据题目条件求解。