2024-2025學年高中物理第4章機械能和能源第6節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒學案含解析粵教版必修2

PAGE9-第六節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒學習目標知識脈絡1.知道能量守恒定律的內(nèi)容．(重點)2．理解能量守恒定律的準確含義．(難點)3．駕馭應用能量守恒定律解決問題的方法．(重點)4．知道能量轉(zhuǎn)化的方向性．(難點)一、能量及其轉(zhuǎn)化各種各樣的能量及轉(zhuǎn)化(1)對能量概念的初步相識a．構(gòu)成世界的基本要素為物質(zhì)、能量、信息．能量無處不在，能量轉(zhuǎn)化無時不有．b．一個物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量．(2)各種各樣的能量名稱含義機械能與物體的運動或位置高度、形變相關的能量，表現(xiàn)為動能、勢能內(nèi)能組成物質(zhì)的粒子(原子或分子)的無規(guī)則運動所具有的動能和勢能的總和化學能儲存在化合物的化學鍵里的能量核能儲存在原子核內(nèi)部的能量、原子核發(fā)生核反應(如裂變或聚變)時，會釋放出巨大的能量電磁能以各種各樣的電磁波的形式傳播的能量…………(3)能量之間的相互轉(zhuǎn)化自然界中，能量的存在形式多種多樣，這些能量之間可以相互轉(zhuǎn)化．我們所消耗的能量，無論是食物還是電，大部分是太陽能輻射到地球后轉(zhuǎn)化而來的．二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律1．內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變．2．意義揭示了自然界各種運動形式不僅具有多樣性，而且具有統(tǒng)一性，能量既不能無中生有，也不能殲滅，只能在肯定條件下相互轉(zhuǎn)化．三、能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性自然界中，很多現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展都具有方向性，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也具有方向性．1．燒火生熱：化學能通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但是內(nèi)能不會自發(fā)地重新轉(zhuǎn)化為化學能．2．熱傳導：熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，但熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程． ()(2)做功越多，能量的轉(zhuǎn)化也越多． ()(3)物體做了多少功，就有多少能量消逝． ()(4)當一個物體的能量削減時，肯定有其他物體的能量增多． ()(5)自然界中的任何改變過程都滿意能量守恒． ()(6)能量守恒過程外力做功必為零． ()(7)熱量會自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體． ()(8)熱傳導的過程具有方向性． ()(9)機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機械能． ()【提示】(1)√(2)√(3)×物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化．(4)√(5)√(6)×能量守恒過程外力做功不必為零．(7)√(8)√(9)√2．(多選)一個質(zhì)量為m的物體以a＝2g的加速度豎直向下運動，則在此物體下降h高度的過程中，下列說法正確的是()A．物體的重力勢能削減了2mghB．物體的動能增加了2mghC．物體的機械能保持不變D．物體的機械能增加了mghBD[物體以a＝2g的加速度向下運動，說明除重力外，還有其他力對物體做正功．物體下降h，重力勢能削減mgh，A錯誤．動能增加2mgh，B正確．物體的機械能增加mgh，C錯誤，D正確．]3．我們絕不會看到：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來．其緣由是()A．這違反了能量守恒定律B．在任何條件下內(nèi)能都不行能轉(zhuǎn)化為機械能，只有機械能才會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能是有條件的D．以上說法均不正確C[機械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，但必需通過做功來實現(xiàn)．因為各種有關熱的物理過程都具有方向性，所以內(nèi)能不行能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他改變．]能量守恒定律的理解和應用1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．2．能量守恒定律的理解某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加，且削減量和增加量肯定相等．某個物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等．3．能量守恒定律的表達式(1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末．(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，ΔE增＝ΔE減．(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，ΔEA增＝ΔEB減．4．能量守恒定律應用的關鍵步驟(1)明確探討對象和探討過程．(2)找全參加轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量削減．(3)列出增加量和削減量之間的守恒式．【例1】如圖所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動機帶動皮帶將物體從左輪運輸?shù)接逸喺戏綍r，求：(g取10m/s2)(1)小物體獲得的動能Ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過程電動機消耗的電能E.思路點撥：①物塊先加速后勻速，由Ek＝eq\f(1,2)mv2求Ek，由Q＝μmg·Δx求熱量．②由能量守恒E電＝Ek＋Q求得．[解析](1)設小物體與皮帶達到共同速度時，物體相對地面的位移為s′μmgs′＝eq\f(1,2)mv2，解得s′＝3m<4.5m即物體可與皮帶達到共同速度，此時Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，則Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J.(3)由能量守恒知E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.[答案](1)4.5J(2)4.5J(3)9J利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點留意：(1)能量既可通過做功的方式實現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉(zhuǎn)移．(2)利用能量守恒定律解題的關鍵是正確分析有多少種能量改變，分析時避開出現(xiàn)遺漏．1.如圖所示，一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的改變狀況是()A．重力勢能減小，動能不變，機械能減小，總能量減小B．重力勢能減小，動能增加，機械能減小，總能量不變C．重力勢能減小，動能增加，機械能增加，總能量增加D．重力勢能減小，動能增加，機械能守恒，總能量不變B[由能量守恒定律可知，小孩在下滑過程中總能量守恒，故A、C均錯；由于摩擦力要做負功，機械能不守恒，故D錯；下滑過程中重力勢能向動能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確．]功能關系的理解與應用1.功與能量的轉(zhuǎn)化不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的．做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程，且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)．因此，功是能量轉(zhuǎn)化的量度．2．功與能的關系由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種詳細形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，詳細功能關系如下：功能的改變表達式重力做功正功重力勢能削減重力勢能改變WG＝Ep1－Ep2負功重力勢能增加彈力做功正功彈性勢能削減彈性勢能改變W彈＝Ep1－Ep2負功彈性勢能增加合力做功正功動能增加動能改變W合＝Ek2－Ek1負功動能削減除重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力)外其他力做功正功機械能增加機械能改變W外＝E2－E1負功機械能削減【例2】如圖所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以肯定的初速度向右勻速運動，將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端，小鐵塊與長木塊間的動摩擦因數(shù)為μ，當小鐵塊在長木塊上相對長木塊滑動L時與長木塊保持相對靜止，此時長木塊對地的位移為l，求這個過程中：(1)小鐵塊增加的動能；(2)長木塊削減的動能；(3)系統(tǒng)機械能的削減量；(4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量．思路點撥：①由W合＝ΔEk分析小鐵塊及長木板動能的改變．②由W外＝ΔE分析系統(tǒng)機械能的削減量，由能量守恒分析系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量．[解析]畫出這一過程兩物體位移示意圖，如圖所示．(1)依據(jù)動能定理得μmg(l－L)＝ΔEk即小鐵塊動能的增加量等于滑動摩擦力對小鐵塊做的功．(2)摩擦力對長木塊做負功，依據(jù)功能關系得ΔEkM＝－μmgl，即長木塊削減的動能等于長木塊克服摩擦力做的功μmgl.(3)系統(tǒng)機械能的削減量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.(4)m、M間相對滑動的位移為L，依據(jù)能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，也等于系統(tǒng)削減的機械能．[答案](1)μmg(l－L)(2)μmgl(3)μmgL(4)μmgL1公式W＝F·s·cosθ中s均指物體對地位移.2兩物體間滑動摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝f·s相對，s相對指兩接觸面間的相對位移或相對路程.2．(多選)如圖所示，質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊，并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運動．已知當子彈相對木塊靜止時，木塊前進距離為l，子彈進入木塊的深度為d，若木塊對子彈的阻力f視為恒定，則下列關系式中正確的是()A．fl＝eq\f(1,2)Mv2B．fd＝eq\f(1,2)Mv2C．fd＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2D．f(l＋d)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2ACD[畫出運動過程示意圖，從圖中不難看出，當木塊前進距離為l，子彈進入木塊的深度為d時，子彈相對于地面發(fā)生的位移為l＋d.由牛頓第三定律知，子彈對木塊的作用力大小也為f.子彈對木塊的作用力對木塊做正功，由動能定理得f·l＝eq\f(1,2)Mv2 ①木塊對子彈的作用力對子彈做負功，由動能定理得－f·(l＋d)＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) ②由①②得f·d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2所以，本題正確選項為A、C、D.]能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性1.關于方向性的理解：能量守恒定律指明各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中總和不變．但是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移并不是隨意的，而是具有方向性的，詳細表現(xiàn)在：(1)機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性．①機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不行能自動地、并不引起任何改變地全部轉(zhuǎn)化為機械能．②機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不須要特地的裝置，而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機械能卻須要困難的技術(shù)手段，比如利用熱機等進行轉(zhuǎn)化．(2)熱傳遞的方向性：在熱傳遞過程中，內(nèi)能可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，但不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，內(nèi)能的轉(zhuǎn)移也具有方向性．例如，內(nèi)能要從低溫物體傳到高溫物體，必須要通過做功的方式來進行，如冰箱、空調(diào)制冷等．散失到四周環(huán)境中的內(nèi)能不能回收再重新利用．2．關于“自發(fā)”的理解“自發(fā)”是指不須要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響，也就是指沒有任何外界的影響或幫助．熱量會從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發(fā)”的方向．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這個過程是“自發(fā)”的方向，但相反的過程不行能自發(fā)地進行而不引起任何改變．【例3】十九大報告提出了“推動綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念，以下做法中不符合這個理念的是()A．夏每天氣燥熱，空調(diào)的溫度調(diào)得越低越好B．把家里不好用的燃氣熱水器換成太陽能熱水器C．出行時，假如條件允許的話，盡可能選擇公共交通工具D．日常生活中，做到順手關燈，關掉較長時間不運用的電腦和電視A[夏每天氣燥熱，空調(diào)溫度調(diào)得越低電能消耗越多，造成不必要的能源奢侈，選項A不符合“綠色發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念；燃氣熱水器消耗的燃氣是不行再生能源，太陽能熱水器運用的太陽能取之不盡用之不竭，屬于綠色能源；選擇公交出行有利于減小碳排放，削減污染；順手關燈等習慣有利于節(jié)約能源，選項B、C、D都符合“綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念．]分析能量形式以及能量轉(zhuǎn)化的方向.搞清晰是何種形式的能向何種形式的能的轉(zhuǎn)化.抓住能量轉(zhuǎn)化過程中能量守恒這一重要規(guī)律，即滿意E1＝E2＋E損失.3．關于能量和能源，下列說法正確的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不須要節(jié)約能源B．在利用能源的過程中，能量在數(shù)量上并未削減，但能量品質(zhì)降低了C．能量在轉(zhuǎn)化過程中沒有方向性D．人類在不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)建B[自然界中能量守恒，但仍需節(jié)約能源，在利用能源過程中，品質(zhì)降低這是能源危機更深層的理解；能量轉(zhuǎn)化具有方向性，不能被創(chuàng)建．]1．關于能源的開發(fā)和應用，下列說法中正確的是()A．能源應用的過程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程B．化石能源的能量歸根結(jié)底來自于太陽能，因此化石能源恒久不會枯竭C．在廣袤的農(nóng)村推廣沼氣前景廣袤、意義重大，既變廢為寶，削減污染，又大量節(jié)約能源D．隨著科學技術(shù)的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭C[能源應用過程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程，各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類服務，A錯誤；化石能源的能量雖然來自太陽能，但要經(jīng)過數(shù)億年的地質(zhì)演化才能形成，且儲量有限，為不行再生能源，B錯誤；在廣袤農(nóng)村推廣沼氣對改善農(nóng)村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當代，利在千秋，C正確；無論技術(shù)先進與否，煤炭資源不行能取之不盡、用之不竭，D錯誤．故選C.]2．(多選)在體育競賽項目