4.3能量的轉(zhuǎn)化與守恒4.4能源與可持續(xù)發(fā)展,第4章,學(xué)習目標,1.掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一.2.了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認識人類珍惜和保護能源和資源的必要性.3.了解我國能源狀況，認識能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必要性.4.掌握各種功能關(guān)系，會應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律解決問題.,內(nèi)容索引,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關(guān),自主預(yù)習預(yù)習新知夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習,一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒,1.能量的多樣性：自然界中能量的形式有多種，如：機械能、電磁能、化學(xué)能、核能、生物能等，各種不同形式的能量可以相互.2.能量守恒定律：(1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式為另一種形式，或者從一個物體到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其_.(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的規(guī)律，它宣布第一類永動機(不消耗能量而連續(xù)不斷地對外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的機器)是(填“可能”或“不可能”)制成的.,內(nèi)能,光能,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,總,量不變,不可能,二、能源與可持續(xù)發(fā)展,1.能量的轉(zhuǎn)化效率(1)任何機器都(填“可能”或“不可能”)將輸入的能量全部轉(zhuǎn)化為有用的能量.(2)能量的轉(zhuǎn)化效率.(3)機器的能量轉(zhuǎn)化效率(填“一定小于”或“可以等于”)100%.2.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性研究和事實都表明：能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性，或者說，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性.,不可能,一定小于,方向,不可逆,3.第二類永動機(填“違反”或“不違反”)能量守恒定律，但_(填“違反”或“不違反”)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性，因此不可能制成.4.能源開發(fā)、利用與環(huán)境保護(1)煤、天然氣等化石燃料是目前所用的主要能源，是(填“可以”或“不可”)再生的.(2)能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略：盡可能地開發(fā)和利用各種，千方百計地提高不可再生能源的合理和轉(zhuǎn)化效率，并且厲行節(jié)約，避免浪費.,不違反,違,反,石油,不可,新能源,利用率,即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律.()(2)因為能量守恒，所以我們不需要節(jié)能.()(3)能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性.()(4)任何機器的能量轉(zhuǎn)化效率都低于100%.()(5)第一類永動機不能制成是因為違反了能量守恒定律.()(6)第二類永動機不可能制成是因為違反了能量守恒定律.(),答案,2.一個質(zhì)量為60kg的登山運動員，他登山時平均每小時登高500m(豎直高度)，已知人體內(nèi)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為25%，那么他在3h內(nèi)消耗的化學(xué)能為_.(g取10m/s2),答案,3.6106J,解析3h內(nèi)增加的機械能Emgh60105003J9105J,解析,重點探究,導(dǎo)學(xué)探究(1)在驗證機械能守恒定律的實驗中，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢能的值總大于增加的動能的值，即機械能的總量在減少.機械能減少的原因是什么？減少的部分機械能是消失了嗎？,一、對能量守恒定律的理解,答案,答案機械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.不是.,(2)請說明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？植物進行光合作用.,答案,答案光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,放在火爐旁的冰融化變熱.,電流通過燈泡，燈泡發(fā)光.,答案內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰,答案電能轉(zhuǎn)化為光能,知識深化1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)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減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.,例1(多選)從光滑斜面上滾下的物體，最后停止在粗糙的水平面上，說明A.在斜面上滾動時，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化B.在斜面上滾動時，有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.在水平面上滾動時，總能量正在消失D.在水平面上滾動時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒,答案,解析,解析在斜面上滾動時，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時，有摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的.,1.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，E增E減.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，EA增EB減.2.能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟：(1)明確研究對象和研究過程.(2)找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量減少.(3)列出增加量和減少量之間的守恒式.,二、能量守恒定律的應(yīng)用,例2如圖1所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離s4.5m，現(xiàn)將m1kg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)0.15，電動機帶動皮帶將物體從左輪運送到右輪正上方時，求：(g取10m/s2)(1)小物體獲得的動能Ek；,答案,圖1,答案4.5J,解析,解析設(shè)小物體與皮帶達到共同速度時，物體相對地面的位移為s.,即物體可與皮帶達到共同速度，此時,(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；,答案,答案4.5J,解析由mgma得a1.5m/s2，由vat得t2s，則Qmg(vts)0.15110(63)J4.5J.,解析,(3)這一過程電動機多消耗的電能E.,答案,答案9J,解析由能量守恒知，這一過程電動機多消耗的電能EEkQ4.5J4.5J9J.,解析,1.功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程.(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度.做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.,三、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用,2.功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下：,例3如圖2所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落，小球沿軌道到達最高點B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中A.重力做功2mgRB.機械能減少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功mgR,圖2,解析,答案,解析重力做功與路徑無關(guān)，所以WGmgR，選項A錯；,克服摩擦力做的功等于機械能的減少量，故選項D對.,例4如圖3所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以一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，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；,答案mg(lL),圖3,答案,解析,解析畫出這一過程兩物體位移示意圖，如圖所示.,根據(jù)動能定理得mg(lL)Ek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)長木塊減少的動能；,答案mgl,答案,解析摩擦力對長木塊做負功，根據(jù)功能關(guān)系得EkMmgl，即長木塊減少的動能等于長木塊克服摩擦力做的功mgl.,(3)系統(tǒng)機械能的減少量；,答案mgL,解析系統(tǒng)機械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功EmgL.,解析,(4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量.,答案mgL,答案,解析m、M間相對滑動的位移為L，根據(jù)能量守恒定律，有QmgL，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)減少的機械能.,解析,達標檢測,1.(能源的利用)關(guān)于能源的開發(fā)和應(yīng)用，下列說法中正確的是A.能源應(yīng)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，因此化石能源永遠不會枯竭C.在廣大的農(nóng)村推廣沼氣前景廣闊、意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)約能源D.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭,答案,解析,1,2,3,解析能源應(yīng)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(wù)，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)演變才能形成，且儲量有限，為不可再生能源，B錯誤；在廣大農(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，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯誤.,1,2,3,2.(功能關(guān)系)(多選)如圖4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(guān)系式中正確的是,答案,解析,1,2,3,圖4,解析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ld.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，,木塊對子彈的作用力對子彈做負功，由動能定理得,所以，本題正確選項為A、C、D.,1,2,3,3.(能量守恒定律的應(yīng)用)如圖5所示，一物體質(zhì)量m2kg，在傾角37的斜面上的A點以初速度v03m/s下滑，A點距彈簧上端B的距離AB4m.當物體到達B后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC0.2m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到最高位置為D點，D點距A點AD3m.擋板及彈簧質(zhì)量不計，g取10m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(小數(shù)點后保留兩位小數(shù))(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)；,圖5,答案,解析,1,2,3,答案0.52,解析物體從開始位置A點到最后D點的過程中，彈性勢能沒有發(fā)生變化，動能和重力勢能減少，機械能的減少量為EEkEpmv02mglADsin37物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Qfs其中s為物體的路程，即s5.4mfmgcos37由能量守恒定律可得EQ由式解得0.52.,1,2,3,(2)彈簧的最大彈性勢能Epm.,答案24.46J,解析物體由A到C的過程中，動能減小Ekmv02重力勢能減少EpmglACsin37摩擦生熱QflACmgcos37lAC由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢能為EpmEkEpQ聯(lián)立解得Epm24.46J.,1,2,3,答案,解析,