2019-2020学年高中物理 第4章 机械能和能源 第6节 能量的转化与守恒课件 粤教版必修2

第六节能量的转化与守恒1．在利用重锤自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是()A．重锤下落的实际高度大于测量值B．重锤下落的实际高度小于测量值C．重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)D．重锤实际末速度v小于gt【答案】D2．(2017金坛名校质检)在“用电火花计时器验证机械能守恒定律”的实验中，由于存在阻力，所以()A．重物损失的重力势能一定大于重物增加的动能B．重物损失的重力势能一定等于重物增加的动能C．重物损失的重力势能一定小于重物增加的动能D．重物损失的重力势能与增加的动能的关系要由实验结果判断【答案】A【解析】由于阻力的存在，重力势能的减小量一部分转化为内能，则重力势能的减小量大于重物增加的动能，故A正确，B、C、D错误．故选A．3．(2017槐荫期末)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，下列哪些测量工具是必需的()A．天平B．弹簧测力计C．刻度尺D．秒表【答案】C【解析】在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，也不需要弹簧秤．同时实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺．故C正确，A、B、D错误．故选C．4．用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验，有如下可供选择的实验器材：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是__________________________，缺少的器材是______________________________．低压直流电源、天平、秒表低压交流电源、重锤、刻度尺一、能量的多样性及相互转化1．能量的多样性：自然界中能量的形式多种多样，例如：机械能、______、电能、电磁能、______、化学能等．2．能量的转化：不同形式的能量可以___________，我们所消耗的能量，大部分是_________辐射到地球后转化而来的．内能核能相互转化太阳能二、能量守恒定律1．内容：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只能从一种形式______为另一种形式，或从一个物体______到另一个物体，在转化或转移过程中其总量保持不变．2．表达式：E初＝____；ΔE增＝______.某种形式的能增加，一定存在其他形式的能______，且增加量和________一定相等．某个物体的能量增加，一定存在其他物体的能量______，且增加量和________一定相等．产生消失转化转移E终ΔE减减少减少量减少减少量3．意义(1)揭示了自然界各种运动形式不仅具有______性，而且具有______性．(2)宣布“_______________”不可能制成．多样统一第一类永动机司机关闭油门后，汽车慢慢停下来，汽车的机械能消失了吗？【答案】能量并没有消失，而是通过轮胎与地面的摩擦，机械能转化成了热能(内能)．三、能量转移和转化的方向性化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会______地重新转化为化学能；热水中的内能通过热传递可以______地转移到冷水中去，但是内能不能______地再从冷水传递给原来的热水；能量在利用过程中总存在一定的______，不可能______的被利用．自发自发自发损失100%能否设计这样一种小汽车，它能将汽油的化学能百分之百地转化为行驶的机械能．【答案】由于能量转化、转移的方向性，不可能将内能完全转化为机械能而不引起其他变化，所以热机效率不可能达到100%，也就造不出百分之百将化学能转化为机械能的小汽车．1．能量的概念一个物体能够对外做功(具有对外做功的本领)，则称这个物体具有能量．物体具有能量就能对外做功，因而能量是物体所具有的做功本领．能量和功能关系2．能量的形式能量有各种不同的形式，不同的运动形式对应不同形式的能．如：机械运动对应有机械能(动能和势能)；热运动对应有内能，电磁运动对应有电磁能；原子和原子核内部的运动对应有原子能．3．能量的转化现实生活的经验告诉我们，各种形式的能量是可以相互转化的．4．功能关系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，反之，转化了多少能量，就说明做了多少功．5．几个重要的功能关系(1)重力做功：重力势能和其他能相互转化，－ΔEp＝WG.(2)弹力做功：弹性势能和其他能相互转化．(3)合外力做功：动能与其他形式能相互转化，ΔEk＝W合．(4)除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他形式能相互转化．W其他＝ΔE机，这种关系常称为“功能原理”．(5)滑动摩擦力做功①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以做负功，还可以不做功(如相对运动的两物体之一相对地面静止，则滑动摩擦力对该物体不做功)．②在相互摩擦的物体系统中，一对相互作用的滑动摩擦力，对物体系统所做总功的多少与路径有关，其值是负值，等于摩擦力与相对位移的积，即W＝F·s相对，表示物体系统损失了机械能，克服了摩擦力做功，ΔE损＝Q＝F·s相对(摩擦生热)．③一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化和转移的情况：一是相互摩擦的物体通过摩擦力做功将部分机械能转移到另一个物体上；二是部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量．特别提醒：所谓功能关系并非功和能量之间相互转化，而是通过做功实现能量转化，用功来量度能量转化的多少．例1一小滑块放在如右图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离．若已知在这个过程中，拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时，小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于________；滑块的重力势能的改变等于________；滑块机械能(指动能与重力势能之和)的改变等于________．题眼直击：功是能量转化的量度．解题流程：答案：A－B＋C－D－CA－B－D题后反思：(1)能量有多种不同的形式，且不同形式的能可以相互转化．(2)不同形式的能之间的转化通过做功来实现，即做功的过程就是能量转化的过程．(3)做了多少功就有多少能量发生转化，即功可以用来量度能量的变化．1．(多选)关于功和能，下列说法正确的是()A．功和能单位相同，意义相同，功是能，能是功B．功和能不能相互转化，是不同的两个物理量C．水对水轮机做了8.9×106J的功表示水的能量减少了8.9×106JD．竖直上抛的石子上升过程中克服重力做功5J表示石子将5J的功转化为5J的重力势能【答案】BC1．适用条件能量守恒定律普遍适用，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动都成立．2．意义能量守恒定律揭示了各种运动形式的统一性，它把机械的、热的、光的、电的、磁的、化学的、生物的等现象联系起来，告诉人们自然科学是相互联系、相互统一的，能量之间的转化反映了物质的运动形式的变化．能量守恒定律的理解与应用3．用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有多少种形式的能在变化．(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)由能量守恒定律列式求解．特别提醒：(1)要能够区分“能量守恒定律”和“机械能守恒定律”的异同，前者普遍适用，无条件，后者是有条件的，是能量守恒定律的一种特殊情况．(2)在分析能的转化和转移时，遗漏某种形式的能，是解题中常见的错误．例2如图所示，长为L的小车置于光滑的水平面上，小车前端放一小物块，用大小为F的水平力将小车向右拉动一段距离s，物块刚好滑到小车的左端．物块与小车间的摩擦力为f，在此过程中()A．系统产生的内能为fLB．系统增加的机械能为FsC．物块增加的动能为fLD．小车增加的动能为Fs－fL题眼直击：功能关系的应用．解题流程：小车和物块运动的相对位置关系如图所示．答案：A题后反思：(1)物体间发生能量转化或转移时，能量总量不变，在转化或转移过程中，有部分能量得不到应用而损失掉．(2)发生能量的转移时，能量的形式不变；发生能量的转化时，能量的形式发生改变，在确定能量转化的方向时，可以从消耗什么能，而得到什么能进行比较来确定．2．如图所示，质量为m的木块以速度v0滑上原来静止的质量为M的木板，水平地面光滑，木板长为L，当木块运动到木板的另一端时，它们的速度分别是v1和v2，木板位移为s.求：(1)摩擦力分别对m、M所做的功；(2)m、M的动能各有怎样的变化？(3)M、m的动能变化是否相等？若不相等做何解释？【答案】(1)－μmg(s＋L)μmgs(2)见解析(3)不相等，见解析【解析】(1)摩擦力分别对m、M做功为W1＝－μmg(s＋L)，W2＝μmgs.(2)m动能减少了ΔEkm减＝12mv20－12mv21，M动能增加了ΔEkM增＝12Mv22.(3)由动能定理知W1＝－ΔEkm减，即－μmg(s＋L)＝12mv21－12mv20，W2＝ΔEkM增，即μmgs＝12Mv22.显然，ΔEkm减ΔEkM增，它们的差值为12mv20－12mv21－12Mv22＝μmgL.由能的转化与守恒定律可知系统减少的动能转化成了木块和木板的内能．1．常规能源和新能源的转化方式能源与能量耗散2．能量耗散(1)燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．(2)在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程．(3)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．能量转化和能量转移是有方向性的．虽然在转化和转移时能量总量保持不变，但由于方向性的制约，从而使能源的利用受到制约，使能源的利用有条件限制，因此我们要节约能源，同时积极研究和开发利用新能源，如核能、太阳能等．例3下列说法正确的是()A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D．热机的效率不可能达到100%解析：热量在一定条件下可以由低温物体向高温物体传递(如冰箱)，故A错；若外界对物体做功的同时，物体放热，物体的内能不一定增加，故B错；根据能量守恒定律，永动机不可能制成，故C正确；任何热机都不能把所吸收的热量全部用来对外做功，故D正确．答案：CD题后反思：凡是与热现象有关的宏观过程都是有方向的，不可逆的．机械能可全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能．内能只能自发从高温物体转移到低温物体．3．(2018临沂期中)健身运动员在跑步机上不停地跑，但是他的动能并没有变化，关于这个过程中运动员消耗的能量，下列说法正确的是()A．绝大部分是通过与空气的摩擦转化成了内能B．绝大部分是通过与跑步机间静摩擦力做功，克服跑步机内部各部件之间的摩擦转化成了内能C．绝大部分是通过鞋底与皮带的摩擦转化成了内能D．绝大部分转化成了皮带的动能【答案】B【解析】皮带在人的作用下移动了距离，人对皮带做功，皮带对人也做功，由于运动员克服静摩擦力做功，从而消耗能量，使跑步机皮带的动能增加，由于内部各部件之间的摩擦转化成了内能．故A、C、D、错误，B正确．综合拓展提高例4如右图所示，其中v＝2m/s，木块质量m＝10kg，h＝2m，μ＝32，θ＝30°，g＝10m/s2.(1)求小木块从A端由静止运动到B端，传送带对其做的功是多少？(2)摩擦产生的热为多少？(3)因传送小木块电动机多输出的能量．解析：(1)设小木块运动s后与皮带同速，因为a＝μmgcosθ－mgsinθm＝μgcosθ－gsinθ＝2.5m/s2，所以s＝v22a＝45m＝0.8msAB＝4m.故小木块在传送带上先加速后匀速，而在匀速过程中仍受静摩擦力作用．由功能关系知从A端到B端传送带对小木块做的功就等于小木块增加的机械能．W＝12mv2＋mgh＝220J.(2)木块滑动的时间t＝va＝22.5s＝0.8s，传