新人教高中物理必修二 710 能量守恒定律与能源 精品教案.docx
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新人教高中物理必修二710能量守恒定律与能源精品教案
710能量守恒定律与能源
〖精讲细讲〗
〖知识精讲〗知识点1能量守恒定律
(1)定律内容:
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从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中总的能量保持不变。
(2)某种形式的能量在减少,一定存在另一种形式的能量在增加,且减少量与增加量相等;某个物体的能量减少,一定存在另一个物体的能量增加,且减少量和增加量相等。
〖例1〗试说明下列现象中能量转化的情况。
1在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止。
2植物的光合作用。
3用太阳能电池做动力的电动汽车在赛车场上奔驰。
4用柴油机带动发电机发电,供给电动水泵抽水,把水从低处抽到高处。
〖思路分析〗①发动机熄火后,速度减小,即机械能减小,速度减小的原因是汽车受到摩擦阻力的作用,此过程中将产生内能,因此此过程是:
机械能转化为内能。
②植物的光合作用是:
太阳能转化为化学能。
③用太阳能电池做动力的电动汽车在赛场上奔驰,此过程是:
太阳能转化为电能,然后电能再转化为机械能。
④此过程是:
化学能转化为电能,然后电能转化为机械能。
〖总结〗自然界中有许多不同形式的能量,如机械能、内能、光能、电能、化学能、原子能等等,各种形式的能量是可以相互转化的,各种能相互转化是通过做功过程来实现的,并且能量转化多少通过做功的多少来量度,物体对外做多少功,它就等量的转化为多少能,即W=△E,能的转化和转移过程中,能的总量守恒。
功和能的关系及能的转化和守恒思想是解决物理问题的重要法宝。
〖变式训练1〗行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁穿过闭合线圈,线圈中产生电流。
上述不同现象所包含的相同的物理过程是:
A、物体克服阻力做功
B、物体的动能转化为其他形式的能量
C、物体的势能转化为其他形式的能量
D、物体的机械能转化为其他形式的能量
〖答案〗AD
知识点2功是能量转化的量度
做功过程就是能量的转化过程,做了多少功,就有多少能量发生转化。
用公式W=△E表示。
〖例2〗如图所示,质量为m的子弹,以速度v1射入放在水平光滑桌面上质量为M的木块中,设子弹和木块的共同速度为v2,木块的位移为s2,子弹的位移为s1,子弹对木块的位移为△s,子弹与木块间的相互作用的摩擦力为f,求此过程中,系统增加的内能Q?
〖思路分析〗对子弹,f为阻力,做负功,有:
fs1=mv12/2-mv22/2①
对木块,f为动力,做正功,有:
fs2=Mv22/2②
由①、②得fs1-fs2=mv12/2-(m+M)v22/2③
③式说明,系统内一对滑动摩擦力总是做负功,而机械能的减少通过做功转化为物体的内能。
即:
Q=△EK又因为s1-s2=△s,所以Q=f△s,
〖答案〗系统增加的内能等于mv12/2-(m+M)v22/2或f(s1-s2)=f△s
〖总结〗系统克服阻力做功时,机械能减少,内能增加,且系统增加的内能等于总的机械能的减少量,即Q=f△s,(△s为两物体相对路程),或Q=△E=E1-E2(E1、E2分别为系统初、末状态的机械能)。
〖变式训练2〗小球的质量为m,在距地面高为h处,以初速度v竖直向上抛出,设空气阻力大小恒定为f且小于mg,且小球与地面碰撞过程中不损失能量,小球最后静止在地面上,则小球在整个运动过程中所经历的路程是多少?
;转化的内能是多少?
〖答案〗2mgh+mv2/2f;Q=mgh+mv2/2
知识点3能源和能量耗散
(1)能源是人类社会活动的物质基础。
人类利用能源大致经历了三个时期:
即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
(2)能量耗散:
燃料燃烧时一量把自己的热量释放出去,它就不会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,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收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。
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,能量在数量上并未减少,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。
这是能源危机更深层次的含意,也是“自然界的能量虽然守恒,但还要节约能源”的根本原因。
(3)新能源的开发
①太阳能:
太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供给地球最清洁的能源。
数量巨大:
太阳辐射的功率为3。
9×1026W,能到达地球表面的太阳能相当于每年完全燃烧1。
3×1010t标准煤产生的能量,是目前全世界所消耗的各种能量总各的104倍。
时间长久:
根据天文学的研究结果,可知太阳系已经存在大约5×109年左右,估计尚可继续维持1010年之久。
清洁安全:
太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称,它不仅毫无污染,也毫无危险。
②风能:
风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热为均匀,而引起的空气流动所产生的能量,整个地球接受到的太阳辐射能约有0。
2%被转化成风能,全球的风能的总量估计有1。
6×1022J,这是一个巨大的潜在的能源宝库,如果1%被利用,即可满足人类对能量的需求。
③海洋能:
包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等。
它们不仅可以再生,还具有不污染环境的优点。
据科学家估计,世界海洋能源总量为四十多万亿千瓦,这些能量超过目前世界能源消费的一万倍,如果能开发出其中的一小部分,即可满足人类对能源的全部需求。
④地热能:
地球本身是一个巨大的天然储热库。
地热能指地球内部可释放出来的热量,据估计,从地球内部每年传到地球表面的热量,相当于370亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
⑤核能:
在当前开发和利用的新能源中,核能尤其重要,核能包括裂变能和聚变能,其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋,如果能实现可控核聚,其产生的能量足够人类使用几十亿年,可谓用之不竭。
〖例3〗关于潮汐:
如图所示,是利用潮汐发电的示意图,左方为陆地和海湾,中间是水坝,其下有通道,水经通道可带动发电机,潮汐时,水进入海湾,待内外水面高度相同,堵住通道,潮落至最低点时放水发电,待内外水面高度相同再堵住通道,直到下次涨潮至最高点,又进水发电。
设海湾面积为5×107m2,高潮与低潮间高度差为3m,则一天内水流的平均功率为多少千瓦?
(一天两次涨潮)
〖思路分析〗在发电过程中,不的重力做功将重力势能转化为电能,重力的位移只考虑流进和流出海湾海水的重心的变化,由于海面广阔,进入海湾的水可认为其重心在海面上,进入海湾的后水的重心在其几何中心,这部分水的质量为m=ρgh=1。
5×1011kg,这部分水的重心相对低潮时上升的高度为h/2,在发电的过程中,水的重力做功将重力势能转化为电能,一天内海水进出各两次,水流的功率P=4W/t=(4mg×h/2)/t=108W=105kW
实际上由于各种损失,发电功率仅为水流的平均功率的10%--25%
〖答案〗105kW
〖总结〗
(1)能源是人类生存和发展的重要支撑因素,海洋蕴藏着极其丰富的能源。
如潮汐、波浪能、温差能、盐度差能、海流能等,海洋能源亟待人类去开发,潮汐发电是海洋能开发较早的一种,我国潮汐能源约1。
1×108kW,开发利用潮汐能的技术也在不断提高。
(1)一天内海水进出海湾两次,电站做功四次。
〖变式训练3〗把潮汐能转化为电能,通常有两种方式:
一种是让潮流直接冲击水轮机,利用潮流的动能发电;另一种是建造潮汐水库,即在海湾或可口构筑大坝,利用涨、落潮的水位差,把潮汐能先转化为重力势能,再转化为动能通过水轮机发电。
已知江厦潮汐电站海湾水库面积约为2。
5×106m2,假设电站的总能量转换效率为10%,该电站的年发电总量为1。
07×107kW。
h,总装机容量(电站发电功率)为3。
2×103kW。
试推算出大坝两侧涨、落潮的平均潮差及日满负荷工作的时间?
〖答案〗h=4。
6m;t=9。
2h
〖难点精析1〗
〖例4〗二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用,行星表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获,最后使大气升温,大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样,只准太阳的辐射进来,却不让室内的长波热辐射出去,大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。
这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点,根据这种观点,以下说法成立的是:
A、在地球形成的早期,火山活动频繁,排出大量的二氧化碳,当时地球的气温很高。
B、经过漫长的年代,地壳的岩石和气体二氧化碳发生化学反应,导致二氧化碳减少,地球上出现了生命。
C、由于工业的发展和人类的活动,导致二氧化碳在空气中的含量增大,地球上的气温正在升高。
D、现在地球正在变暖的原因是工业和生活用电的急剧增加,是电能和其他形式的能转化为内能。
〖思路分析〗本题的观点是二氧化碳的温室效应。
地球形成的早期,地壳不如现在牢固,地球不如现在稳定,火山活动频繁,符合地质的发展规律。
由于火山的喷发,排出大量二氧化碳,这是必须的现象,进而导致当时地球的气温很高。
地球上的岩石由于多种原因,其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应,使岩石进一步分化,最后形成土壤,二氧化碳减少,形成了生命适合生存的条件。
由于工业的发展和人类的活动,大量地使用常规能源,导致二氧化碳在空气中的含量增大,地球上的气温正在升高。
生活用电和工业用电是电能和其他形式的能的转变,会产生热。
四个选项都很正确,但就温室效应这一观点而言来确定A、B、C是正确的。
〖答案〗A、B、C
〖方法总结〗能源问题是当今世界的首要问题。
大量消耗常规能源对环境带来了严重污染。
促使人类开发新的能源,利用所学知识分析能源问题,考查观察能力、判断能力、归纳比较能力、推理能力、解决实际问题的能力。
〖变式训练4〗将一个金属球加热到某一温度,问在下列两种情况下,哪一种需要的热量多些?
(1)将金属球用一根金属丝挂着。
(2)将金属球放在水平支撑面上(假设金属丝和支撑物都不吸收热量)
A、情况
(1)中球吸收的热量多些B、情况
(2)中球吸收的热量多些
C、两情况中球吸收的热量一样多D、无法确定
〖答案〗B
〖难点精析2〗
〖例题5〗电机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当小木块与传送带相对静止时,求:
(1)小木块的位移;
(2)传送带转过的路程;(3)小木块获得的动能;
(2)摩擦过程产生的热量;(5)电机带动传送带匀速传动输出的总能量。
〖思路分析〗木块刚放上进,速度为零,必然受到传送带的动摩擦力作用,做匀加速直线运动,达到与传送带共速后不再相对滑动,整个过程中木块获得一定的动能,系统要产生摩擦热。
对小木块,相对滑动时,由ma=μmg得加速度a=μg,由v=at得,达到相对静止所用时间t=v/μg。
(1)小木块的位移L1=vt/2=v2/2μg
(2)传送带始终匀速运动,路程L2=vt=v2/μg
(3)对小木块获得的动能Ek=mv2/2
(4)产生的摩擦热Q=μmg(L2-L1)=mv2/2
(3)由能的转化和守恒定律得,电机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦热所以E总=Ek+Q=mv2
〖答案〗
(1)L1=v2/2μg
(2)L2=v2/μg(3)Ek=mv2/2
(4)Q=mv2/2(5)E总=mv2
〖方法总结〗
(1)注意分析木块运动过程。
(2)摩擦过程中产生的热由机械能转化而来,Q=μmgs式是的s是木块与传送带的相对路程。
(3)电机输出的总能量转化为木块的动能与摩擦热两部分。
〖变式训练5〗如图所示,水平放置的传送带与一光滑曲面相接(间隙很小),一小滑块质量为m=0。
1kg,从离传送带h=0。
2m高处由静止滑下,传送带水平部分长x=1。
8m,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0。
1。
(g=10m/s2)
(1)把传送带固定不动,问滑块能