鲁科版物理必修2 第2章 第3节 能量守恒定律 第4节 能源与可持续发展.docx
- 文档编号:2097105
- 上传时间:2022-10-26
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:118.55KB
鲁科版物理必修2 第2章 第3节 能量守恒定律 第4节 能源与可持续发展.docx
《鲁科版物理必修2 第2章 第3节 能量守恒定律 第4节 能源与可持续发展.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《鲁科版物理必修2 第2章 第3节 能量守恒定律 第4节 能源与可持续发展.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
鲁科版物理必修2第2章第3节能量守恒定律第4节能源与可持续发展
第3节 能量守恒定律
第4节 能源与可持续发展
学习目标
知识脉络
1.理解机械能守恒定律的内容、条件、公式,会应用机械能守恒定律解决实际问题.(重点、难点)
2.知道能量守恒定律,能应用能量守恒定律分析能的转化现象.(重点)
3.了解能量转化和转移的方向性,了解能源开发和可持续发展的意义.
4.知道热力学第二定律,了解热机效率问题.
机械能守恒定律
1.机械能
物体的动能和势能之和叫机械能.
2.机械能守恒定律
(1)内容:
在只有重力做功的情况下,物体的动能与势能可以发生相互转化,但机械能的总量保持不变.
(2)适用条件:
只有重力做功.
(3)表达式:
Ek2+Ep2=Ek1+Ep1或mv+mgh2=mv+mgh1.
1.合力为零,物体的机械能一定守恒.(×)
2.合力做功为零,物体的机械能一定守恒.(×)
3.只有重力做功,物体的机械能一定守恒.(√)
如图231所示,大型的过山车在轨道上翻转而过.过山车从最低点到达最高点时,动能和势能怎样变化?
忽略轨道和空气阻力,机械能是否守恒?
图231
【提示】 动能减少,重力势能增加,忽略轨道和空气阻力,过山车机械能守恒.
探讨1:
请同学想一想,小桶如图232由静止释放,返回来会不会碰到额头?
图232
【提示】 不会.因机械能守恒,摆回时的高度不会超过原来的高度.
探讨2:
质量为m的小球,以速度v斜向上抛离高为H的桌面.如图233,经过A点时所具有的机械能是多少?
(以桌面为零势能面,不计空气阻力)
图233
【提示】 以桌面为零势能面,小球在抛出点的机械能为mv2,由于机械能守恒,故在A点的机械能为mv2.
1.机械能守恒的判断
(1)用做功来判断:
分析物体或物体受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒.
(2)用能量转化来判定:
若系统中只有动能和势能的相互转化,无机械能与其他形式能的转化,则系统机械能守恒.
2.表达式及特点
表达式
特点
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E初=E末
(从不同状态看)即初状态的机械能等于末状态的机械能
Ek2-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp
(从转化角度看)即过程中动能的增加量等于势能的减少量
EA2-EA1=EB1-EB2或ΔEA=-ΔEB
(从转移角度看)即系统只有A、B两物体时,A增加的机械能等于B减少的机械能
3.应用机械能守恒定律解题的一般步骤
(1)正确选取研究对象(物体或系统),确定研究过程;
(2)进行受力分析,考查守恒条件;
(3)选取零势能平面,确定初、末状态机械能;
(4)运用守恒定律,列出方程求解.
1.在物体自由下落的过程中,下列说法正确的是( )
【导学号:
45732047】
A.动能增大,势能减小,机械能增大
B.动能减小,势能增大,机械能不变
C.动能增大,势能减小,机械能不变
D.动能不变,势能减小,机械能减小
【解析】 在自由下落过程中,只有重力做功,物体的机械能守恒,重力势能不断减小,动能不断增大,选项C正确.
【答案】 C
2.一个质量为m的滑块,以初速度v0沿光滑斜面向上滑行,当滑块从斜面底端滑到高为h的地方时,以斜面底端为参考平面,滑块的机械能是( )
A.mv B.mgh
C.mv+mghD.mv-mgh
【解析】 在整个过程中,只有重力做功,机械能守恒,总量都是mv,因在高度h处,速度可能不为零,所以B项错误;C、D也错误.
【答案】 A
3.如图234所示,质量m=70kg的运动员以10m/s的速度,从高h=10m的滑雪场上A点沿斜坡自由滑下,一切阻力可忽略不计,以B点所在的水平面为参考平面,g取10m/s2,求:
【导学号:
45732048】
图234
(1)运动员在A点时的机械能;
(2)运动员到达最低点B时的速度大小;
(3)若运动员继续沿斜坡向上运动,他能到达的最大高度.
【解析】
(1)EA=mv+mgh=10500J.
(2)由机械能守恒得
mv=mv+mgh
所以vB=10m/s.
(3)由机械能守恒得
mgH=mv+mgh
得H=15m.
【答案】
(1)10500J
(2)10m/s (3)15m
1.无论直线运动还是曲线运动,机械能守恒定律都可应用,且仅需考虑始、末状态,而不必考虑所经历的过程.
2.应用机械能守恒定律解题,一定要注意考查守恒条件.
能量守恒定律
1.能量的转化
自然界存在着各种不同形式的能量——机械能(动能和势能)、内能、电能、化学能、核能等,各种不同形式的能量可以相互转化.
2.能量守恒定律
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其总量保持不变,这就是能量守恒定律.它是自然界最普遍、最基本的规律之一.
1.自然界中的任何变化过程都满足能量守恒.(√)
2.永动机不可能制成.(√)
3.能量守恒过程外力做功必为零.(×)
如图235所示,一个叫丹尼斯·李的美国人在《美国今日》、《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告,在全美各地表演,展示其号称无需任何能源的发电机.你认为这种发电机能造出来吗?
图235
【提示】 这种发电机违反了能量守恒定律,故不能制造出来.
如图236所示,发生雪崩时,山顶的积雪以排山倒海之势滚落下来.
图236
探讨1:
雪崩的过程是否符合能量守恒定律?
【提示】 符合能量守恒定律.
探讨2:
重力做功引起什么能的改变?
合外力做功引起什么能的改变?
除重力之外的其它力做功引起什么能的改变?
【提示】 重力做功引起重力势能的改变,合外力做功引起动能的改变,除重力之外的其它力做功引起机械能的改变.
1.做功和能的转化之间的关系
功能关系
内容
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相互转化(或转移)的过程,做了多少功,就会有多少能量发生转化(或转移)
实例
重力做功
重力做的功等于重力势能变化量的相反数(WG=-ΔEp)
弹力做功
弹力做的功等于弹性势能变化量的相反数(WF=-ΔEp)
合力做功
合力做的功等于物体动能的变化量(W总=ΔEk)
除重力、系统内弹力以外的其他力做功
其他力做的功等于物体机械能的变化量(W其他=ΔE机)
2.利用能量守恒定律解题的基本思路
(1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)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)列等式ΔE减=ΔE增求解.
4.如图237所示,一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下,其能量的变化情况是( )
图237
A.重力势能减小,动能不变,机械能减小,总能量减小
B.重力势能减小,动能增加,机械能减小,总能量不变
C.重力势能减小,动能增加,机械能增加,总能量增加
D.重力势能减小,动能增加,机械能守恒,总能量不变
【解析】 由能量守恒定律可知,小孩在下滑过程中总能量守恒,故A、C均错;由于摩擦力要做负功,机械能不守恒,故D错;下滑过程中重力势能向动能和内能转化,故只有B正确.
【答案】 B
5.(多选)升降机底板上放一质量为100kg的物体,物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m/s,则此过程中(g取10m/s2)( )
【导学号:
45732049】
A.升降机对物体做功5800J
B.合外力对物体做功5800J
C.物体的重力势能增加5000J
D.物体的机械能增加800J
【解析】 根据动能定理得:
W升-mgh=mv2,可解得W升=5800J,A正确;合外力做功为mv2=×100×42J=800J,B错误;物体重力势能增加mgh=100×10×5J=5000J,C正确;物体机械能增加E=Fh=W升=5800J,D错误.
【答案】 AC
6.如图238所示,皮带的速度是3m/s,两圆心距离s=4.5m,现将m=1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上,物体与皮带间的动摩擦因数μ=0.15,皮带不打滑,电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时,求:
(g取10m/s2)
图238
(1)小物体获得的动能Ek;
(2)这一过程摩擦产生的热量Q;
(3)这一过程电动机消耗的电能E.
【解析】
(1)由μmg=ma可求得a=1.5m/s2,因为μmgs=mv2所以物体加速阶段运动的位移s=3m<4.5m,即物体可与皮带达到共同速度,Ek=mv2=×1×32J=4.5J.
(2)由v=at可求得t=2s
Q=μmg(vt-s)=0.15×1×10×(6-3)J=4.5J
(3)E电=Ek+Q=4.5J+4.5J=9J.
【答案】
(1)4.5J
(2)4.5J (3)9J
能量守恒定律的理解
1.某种形式的能量减少,一定存在另外形式的能量增加,而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,而且减少量和增加量相等.
能源与可持续发展
1.机械能与内能间转化的方向性
机械能可以完全转化为内能,反过来,内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能.
2.热传递过程的方向性
在热传递的过程中,内能总是自动地从高温物体向低温物体转移,而不可能自动地从低温物体向高温物体转移.
3.珍惜利用常规能源
能量的利用过程是不可逆的,自然界中的常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的储量是有限的,并且是不可再生的,因此我们要珍惜现有的能源,尽量提高能源的利用效率.
4.开发绿色新能源
(1)常规能源的大量使用带来的环境问题:
温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘.
(2)为维持人类社会的可持续发展,应该注意研究和开发新的能源,优先开发的绿色新能源包括:
核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能等.
1.能量守恒是自然界中普遍适用的规律,不需节约能源.(×)
2.将煤做燃料供暖改进为用天然气做燃料供暖彻底实现了环境保护.(×)
3.常规能源会带来大量的环境问题,开发新能源是可持续发展的需要.(√)
1.“煤既是常规能源又是不可再生能源”,这种认识正确吗?
【提示】 正确.根据能源的分类角度不同,可将煤分成常规能源和不可再生能源等.
2.可持续发展的意义是什么?
【提示】 可持续发展是指不仅满足当代人的发展需要,还应考虑不损害后代人的发展需要.
探讨1:
如图239所示,把小球拉到一定角度后释放,小球在竖直平面内来回摆动,我们观察到它的摆动幅度越来越小,最后停止摆动.机械能消失了吗?
若没有消失,转化成了什么?
能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢?
图239
【提示】 机械能没有消失,而是转化为小球和空气的内能,不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动.
探讨2:
如图2310所示,是我国能源结构的统计图,根据此图的数据,总结出我国能源结构或现状有什么规律?
图2310
【提示】 我国的能源结构主要以煤为主;我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大,结构不合理;我国能源消耗中可再生能源的比例过小.
1.关于方向性的理
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 鲁科版物理必修2 第2章 第3节 能量守恒定律 第4节 能源与可持续发展 鲁科版 物理 必修 能源 可持续发展