《2017-2018学年高中物理 第四章 机械能和能源 第6节 能源的开发与利用 教科版必修2(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第四章 机械能和能源 第6节 能源的开发与利用 教科版必修2(1)（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6节能源的开发与利用,自主学习,课堂探究,达标测评,自主学习 课前预习感悟新知,(教师参考) 目标导航,重点:应用能量守恒定律解决问题 难点:能量转化的方向性,情境链接 如图所示为“神舟十号”飞船返回舱进入地球大气层以后的情景,由于它的高速运动,而与空气发生剧烈摩擦,返回舱的表面温度可达到1 000多摄氏度.请问,1.返回舱加速下落的过程中,表面温度逐渐升高.该过程动能和势能怎么变化?机械能守恒吗?还有什么能产生? 2.返回舱表面温度越高,内能越大.该过程中什么能向什么能转化?机械能和内能的总量变化吗?,信息 1.返回舱的势能一部分转化为动能,一部分转化为内能,机械能减少. 2.返回舱的一部
2、分机械能转化为内能;机械能和内能的总量不变.,教材梳理,一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式 为另一种形式,或者从一个物体 到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量 .,转化,转移,想一想 永动机为什么不能制成? 答案:由于永动机一直对外做功而不消耗能量即永动机产生了能量,这违背了能量守恒定律,因此永动机不可能制成.,保持不变,二、能源的利用 1.能源是指能够提供某种形式能量的物质资源,人类利用能源的历史大致经历了三个时期:柴草时期、煤炭时期、 . 2.非再生能源即煤、石油和天然气,都是几亿年以前的生物遗体形成的,称为 燃料. 3.能源的大量使用,对环境造成很
3、大影响,如造成酸雨、 效应等. 4.新能源的开发 新能源主要有: 、海洋能、 、地热能、氢能、生物质能及核聚变能等.,石油时期,化石,议一议 既然能量是守恒的,为什么还有能源危机? 答案: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,从便于利用的能源变成不便于利用的了,所以存在能源危机.,温室,风能,太阳能,1.当一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增多.() 2.做功越多,能量的转化也越多.() 3.物体做了多少功,就有多少能量消失.() 4.煤、石油、天然气属于常规能源.() 5.电能、焦炭、氢能属于一次能源.() 6.冒起的煤烟和散开的炭
4、灰可以重新合成一堆煤炭.(),思考判断,答案:1.2.3.4.5.6.,要点一,能量守恒定律的理解及其应用,课堂探究 核心导学要点探究,【问题导学】 如何理解能量的转化和转移?,答案:能量的转化存在于不同形式的能量之间,能量的形式发生变化;能量的转移存在于不同物体或物体的不同部分之间,能量的形式没有发生变化.,【要点归纳】 1.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等. (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等. 2.用能量守恒定律解题的步骤 (1)分清哪些形式的能(如机械能、热能、电能等)在变化.
5、(2)分别列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式. (3)依据能量守恒定律列式求解.,3.功能关系:功是能量转化的量度. 理解: (1)不同形式的能量之间的转化是通过力做功实现的,做功的过程就是能量发生转化的过程. (2)做了多少功,就有多少能量发生转化. (3)几种具体的功能关系,某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系,常见的几种具体功能关系如表:,【典例1】如图所示,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( ) 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
6、量增加 D.重力势能减小,动能增加,机械能守恒,总能量不变,B,思路点拨 (1)克服阻力做功,机械能损失. (2)损失的机械能转化为内能. 解析:由能量守恒定律可知,小孩在下滑过程中总能量守恒,故选项A,C均错误;由于摩擦力要做负功,机械能不守恒,故选项D错误;下滑过程中重力势能向动能和内能转化,故选项B正确.,(教师备用) 例1-1:下列说法正确的是( ) A.随着科技的发展,永动机是可以制成的 B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了 C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的 D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何
7、形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生,C,解析:永动机是指不消耗或少消耗能量,而可以大量对外做功的装置,违背了能量守恒定律,A错.太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极少的一部分,但辐射到宇宙空间的能量也没有消失,一定是转化成了别的能量,B错.马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质能,C正确.所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的,只有当人戴着手表活动时,才能不断补充能量,维持手表的运行,如果把表放在桌面上静置一段时间,它一定会停摆的,D错.,针对训练1-1我国人民有在房前种树的习惯,夏天大树长出茂密的叶子,为人们挡住炎炎烈日,冬天叶子又会全部掉
8、光,使温暖的阳光照入屋内,可以起到冬暖夏凉的作用.炎热的夏天,我们在经过有树的地方时,也会感到很明显的凉意,关于树木周围比较凉爽的现象,下列说法中正确的是( ) A.树木把大部分太阳光反射出去,使地面温度降低 B.树木吸收阳光,使自己温度升高,周围温度降低 C.树木吸收阳光,将阳光的能量转化为化学能,使环境温度变低 D.白天大树将热量存起来,晚上再将热量放出来,所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热,C,解析:植物发生光合作用,消耗掉太阳能转化成化学能,根据能量守恒,阳光的能量被转化成化学能,所以树下会比较凉爽,故C正确.,【典例2】如图所示,粗糙水平面长L=0.20 m,其右端与一内壁光滑、
9、半径R= 0.10 m的半圆形轨道平滑连接,且该半圆形轨道在竖直平面内.一质量m=1 kg的物体(可视为质点)以初速度v0= m/s进入水平轨道,由于摩擦产生的热量为Q=0.6 J,g取10 m/s2.求: (1)物体与水平地面间的动摩擦因数. (2)物体能否通过半圆形轨道的最高点.,思维导图,解析:(1)物体在粗糙水平面上运动过程中,有 mgL=Q 得出=0.3. 答案:(1)0.3,答案:(2)能,应用能量守恒定律的注意点,(1)应用能量守恒定律解题时,首先确定初末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增,最后由E减=E
10、增列式求解. (2)列式表达E减或E增时,各种形式能量的增、减一般都是用相对应的力做功来量度的(动能变化Ek除外).因此,正确表达出各种力做的功是应用能量守恒定律的关键.,规律方法,(教师备用) 例2-1:如图所示,质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,刚好不从木板上掉下,已知A,B间的动摩擦因数为,此时木板对地位移为s,求这一过程中: (1)木板增加的动能;,答案:(1)mgs,(2)小铁块减少的动能; (3)系统机械能的减少量; (4)系统产生了多少热量.,答案:(2)mg(s+l)(3)mgl(4)mgl,(4)根据能量守
11、恒定律,系统减少的机械能全部转化为内能 Q=E减=mgl.,针对训练2-1 一小物体以Ek1=100 J的初动能滑上斜面,当动能减少Ek=80 J时,机械能减少E=32 J,则当物体滑回原出发点时动能为多少?,上滑及下滑过程中滑动摩擦力都做负功,且数值相等,所以一个往返摩擦力做负功总和为Wf总=2Wf=80 J. 物体回到原出发点时的动能为Ek2,由动能定理 Wf总=Ek1-Ek2得Ek2=20 J. 答案:20 J,要点二,能源的利用和开发,【问题导学】 有一种“自发电电动车”,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动
12、车能持续运动下去吗?,答案:仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去,因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电.,【要点归纳】 1.人类与能源的关系 (1)有利方面:能源的利用给人类的生活带来了极大的改善,人类社会每一次重大的经济飞跃和产业革命,都与新的能源和动力装置的利用密切相关,能源消耗的多少已经成为一个国家或地区经济发展水平的重要标志之一. (2)不利方面:能源的大量使用会给环境带来极大的破坏作用.如大气污染
13、、温室效应、酸雨等,对人类造成很大的危害. 2.可持续发展 (1)对常规能源合理有效的利用,保护环境与生态平衡. (2)开发新型清洁的新能源和可再生能源. (3)积极研发节能的新技术.,【典例3】风能是一种很好的可再生能源,而且对环境的污染较小,近年来我国在西北地区,建立了许多风力发电厂.如图所示为风力发电的情景.通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能.已知:空气的密度为,风轮机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机输出电功率为P,求此过程中:,思路点拨 (1)风能就是空气定向流动的动能. (2)发电效率等于电功率与总功率的比值.,(1)单位时间内每台风力发电机获得的风
14、能表达式; (2)风力发电机利用风能的效率表达式.,解决能源利用问题的思路,规律方法,首先要从题目信息中获取能量转化的方式,然后利用能量的表达式求出能量的变化量,再延伸求解相关的功率、效率等问题.,(教师备用) 例3-1:为了测量太阳的辐射功率,某人采取如下简单实验.取一个横截面积是3 m2的不高的圆筒,筒内装水 0.6 kg,用来测量射到地面的太阳能.某一天中午在太阳光直射2 min后,水的温度升高了1 .(太阳到地球的距离为1.51011 m),水的比热容为c=4.2103 J/(kg)求:,(1)在阳光直射下,地球表面每平方厘米每分钟获得的能量;,答案:(1)4.2 J,(2)假设射到大
15、气顶层的太阳能只有43%到达地面,另外57%被大气吸收和反射而未到达地面.你能由此估算出太阳辐射的功率吗?,答案:(2)4.61026 W,解析:(2)以太阳为球心,以日地距离r为半径作一个球面,根据上述观测,在此球面的每平方厘米面积上每秒接收到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为 4.243%60 J=0.163 J. 太阳是向四面八方均匀辐射的,上述球面每秒接收到的太阳能即为太阳的辐射功率P. 上述球面的面积为4r2,其中r=1.51011 m, 所以辐射功率为P=4r20.163 W=4(1.51011102)20.163 W=4.61026 W.,针对训练3-1如图所示是某类潮汐发电示
16、意图.涨潮时开闸,水由通道进入海湾水库蓄水,待水面升至最高点时关闭闸门如图(a),落潮时,开闸放水发电如图(b).设海湾水库面积为5.0108 m2,平均潮差为3.0 m,一天涨落潮两次,发电机的平均能量转化效率为10%,则一天内发电的平均功率约为(海水=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2)( ) A.2.6104 kWB.5.2104 kW C.2.6105 kWD.5.2105 kW,B,达标测评 随堂演练检测效果,1.出行是人们工作生活中必不可少的环节,出行的工具五花八门,使用的能源也各不相同.自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是( ) 生物能核能电能太阳能化学能 A.B. C.D.,B,2. 如图所示,滑块由静止开始沿曲面下滑,滑到B点时,速度恰好等于零;如果滑块从B点以速度v沿曲面下滑返回A点时,速度恰好也等于零,设滑块从A到B和从B到A平均摩擦力大小相等,则A,B两点的高度差等于( ),C,3.(多选)在体育比赛项目中,高台跳水是我国运动员的强项.质量为
