2019-2020学年高中物理 第四章 机械能和能源 第6节 能源的开发与利用课件 教科版必修2

第四章机械能和能源第6节能源的开发与利用第四章机械能和能源1．理解能量的概念，知道各种不同形式的能量．2．明确能量守恒的含义．3．会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题．(重点＋难点)一、能量守恒定律1．内容能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只能从__________转化为____________，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______保持不变．产生消失一种形式另一种形式总量2．机械能守恒定律与能量守恒定律的关系机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的特种背景下的一种特殊表现形式．二、能源的利用1．能源的定义：能够提供某种形式能量的__________．2．人类最先使用的能源：人的体能、畜力、风力、水力等．3．人类利用能源经历了柴草时期、______时期和石油时期．物质资源煤炭4．能源的分类(1)________能源：如煤、石油、天然气等常规能源．(2)________能源：如风能、水能等．5．能源与环境(1)温室效应成因：温室效应是人类过多地排放__________，干扰了地球的热量平衡造成的．危害：温室效应会导致全球变暖，____________，气候变化，疾病增多等．非再生可再生二氧化碳海平面上升(2)酸雨成因：大气中酸性污染物质，如__________、二氧化碳、______化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生__________等物质．危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑和艺术品等．二氧化硫氮氧二氧化硫三、新能源的开发1．非再生能源对人类的要求(1)节约能源．(2)开发和利用新能源．2．新能源(1)种类：太阳能、海洋能、风能、地热能、氢能、生物质能及核聚变能等．(2)特点：多为可再生能源，且污染较小．能量是守恒的，为什么还要节约能源？提示：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的总量并未减少，但从便于利用的变成不便于利用的了，且常规能源都是非再生能源，因此，人类一定要节约能源．对功能关系的理解1．功是能量转化的量度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．功与对应能量的变化关系3．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．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．命题视角1做功与能量变化的对应关系如图所示，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点的正上方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AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中()A．重力做功2mgRB．机械能减少mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功12mgR[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力，说明此时只有重力提供向心力；(2)合外力对小球做的功等于小球动能的变化．[解析]小球从A点正上方由静止释放，通过轨道最高点B时恰好对轨道没有压力，此时只有重力提供向心力，根据牛顿第二定律有mg＝mv2R，解得v2＝gR，小球从P点运动到B点，重力做的功为mgR，设摩擦力做的功为W，根据动能定理有mgR＋W＝12mv2＝12mgR，故合外力做的功为12mgR，摩擦力做的功为W＝－12mgR，由功能关系知小球的机械能减少12mgR．故选项D正确．[答案]D命题视角2传送带模型中的功能关系如图所示，电动机带动传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块静止放在传送带上(传送带足够长)，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，求：(1)小木块获得的动能；(2)摩擦过程产生的热量；(3)传送带克服摩擦力所做的功；(4)电动机输出的总能量．[思路点拨]当木块的初速度为零时，木块的位移和木块相对皮带的位移恰好相等，从而小木块获得的动能和产生的热量相等；传送带克服摩擦力所做的功与电动机输出的总能量相等．[解析]木块刚放上时速度为零，必然受到传送带的滑动摩擦力作用做匀加速直线运动，达到与传送带相同速度后不再有相对运动，整个过程中木块获得一定的动能，系统要产生摩擦热．对木块：相对滑动时，a＝μg，达到相对静止所用的时间为t＝vμg，木块的位移l1＝12vt＝v22μg，传送带的位移l2＝vt＝v2μg，木块相对传送带的位移Δl＝l2－l1＝v22μg．(1)小木块获得的动能Ek＝12mv2．(2)产生的热量Q＝FfΔl＝Ff(l2－l1)＝μmg(l2－l1)＝12mv2．(3)传送带克服摩擦力所做的功W＝μmgl2＝mv2．(4)电动机输出的总能量转化为小木块的动能和系统产生的热量E＝Ek＋Q＝mv2．[答案](1)12mv2(2)12mv2(3)mv2(4)mv2传送带问题的解题策略(1)要正确分析物体的运动过程，判断物体是一直匀加速运动还是先匀加速再匀速运动；(2)计算力所做的功时，位移是对地位移；计算因滑动摩擦产生的内能时，常用功能关系Q＝fs，需注意的是s为物体之间的相对路程；只有存在滑动摩擦力时才有内能产生．命题视角3滑块——滑板模型中的功能关系如图所示，质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧冲上质量为m1、长为l、置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时木板对地位移为x1，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．[思路点拨]根据能量守恒定律，知道“该过程中系统产生的热量(内能)，是由系统减少的机械能转化而来的”是处理问题的关键．[解析](1)对木板B根据动能定理得μmgx1＝12m1v2－0所以木板增加的动能ΔEkB＝μmgx1．(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据能量关系可知ΔEkA＝12mv2－12mv20＝－μmg(x1＋l)即小铁块的动能减少了μmg(x1＋l)．(3)系统机械能的减少量为ΔE减＝－ΔEkA－ΔEkB＝μmgl．(4)根据能量守恒定律，系统减少的机械能全部转化为内能，则Q＝ΔE减＝μmgl．[答案](1)μmgx1(2)μmg(x1＋l)(3)μmgl(4)μmgl【通关练习】1．(多选)将一质量为1kg的滑块轻轻放置于传送带的左端，已知传送带正以4m/s的速度顺时针运行，滑块与传送带间的动摩擦因数为0．2，传送带左右距离无限长，当滑块放上去2s时，突然断电，传送带以1m/s2的加速度做匀减速运动至停止，则滑块从放上去到最后停下的过程中，下列说法正确的是()A．前2s传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8JB．前2s传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为16JC．2s后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8JD．2s后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为0解析：选AD．前2s，滑块的位移x1＝12μgt2＝4m，传送带的位移x2＝vt＝8m，相对位移Δx＝x2－x1＝4m，2s后滑块随传送带一起做匀减速运动，无相对位移，整个过程中传送带与滑块之间因摩擦力而产生的热量为Q＝μmg·Δx＝8J，选项A、D正确．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水平射中木块，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L，子弹进入木块的深度为s．若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则在此过程中产生的热量()A．Q＝Ff(L＋s)B．Q＝12mv20－12mv2C．Q＝FfsD．Q＝12mv20－12(M＋m)v2解析：选CD．对木块：FfL＝12Mv2对子弹：－Ff(L＋s)＝12mv2－12mv20联立可得，Ffs＝12mv20－12(M＋m)v2依据能量转化和守恒定律，Q＝12mv20－12(M＋m)v2产生的热量Q＝Ffs，故C、D正确．对能量守恒定律的理解1．表达式ΔE1减＝ΔE2增2．含义(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等．(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．3．应用步骤(1)分清哪些形式的能(如机械能、热能、电能等)在变化．(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)依据能量守恒列式求解．(1)应用能量守恒规律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移．(2)滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于产生的内能．如图所示，可视为质点的物块A放在物体B上，物体B的斜面为弧面，A、B之间有摩擦，水平地面光滑．现将物块A从物体B的顶端由静止释放，在滑到物体B的底端前，下列说法不正确的是()A．若物体B固定，则物块A减少的重力势能等于它的动能和系统增加的内能之和B．若物体B不固定，则物块A减少的重力势能等于物体B增加的动能C．物体B在固定与不固定的两种情况下，系统重力势能的减少量相等D．物体B在固定与不固定的两种情况下，摩擦产生的热量不相等[解析]若B固定，A减少的重力势能转化为A的动能和系统增加的内能，选项A正确；若B不固定，A减少的重力势能转化为A、B的动能和系统增加的内能，选项B错误；B在固定与不固定的两种情况下，A下降的高度相等，所以系统重力势能的减少量相等，选项C正确；B不固定时，由于A、B都运动，经过同一位置A的速度与B固定时A的速度不等，所以同一位置的摩擦力大小不等，因而摩擦产生的热量不等，选项D正确．[答案]B运用能量守恒定律解题的关键是确定研究的系统内有哪些形式的能参与了转化，什么形式的能增加了，增加了多少；什么形式的能减少了，减少了多少，分别由功能关系列出表达式，最后列能量守恒方程求解．一质量m＝0．6kg的物体以v0＝20m/s的初速度从倾角α＝30°的斜坡底端沿斜坡向上运动，当物体向上滑到某一位置时，其动能减少了ΔEk＝18J，机械能减少了ΔE＝3J，不计空气阻力，重力加速度g＝10m/s2，求：(1)物体向上运动时加速度的大小；(2)物体返回斜坡底端时的动能．解析：(1)设物体运动过程中所受的摩擦力为f，向上运动的加速度的大小为a，由牛顿第二定律可知a＝mgsinα＋fm①设物体的动能减少ΔEk时，在斜坡上运动的距离为s，由功能关系可知ΔEk＝(mgsinα＋f)s②ΔE＝fs③联立①②③式，并代入数据可得a＝6m/s2．④(2)设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm，由运动学规律可得sm＝v202a⑤设物体返回斜坡底端时的动能为Ek．由动能定理得Ek＝(mgsinα－f)sm⑥联立以上各式，并代入数据可得Ek＝80J．答案：(1)6m/s2(2)80J