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1、1 4.3 能量的转化与守恒 4.4 能源与可持续发展 学习目标 1. 掌握能量守恒定律知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.2. 了解能量转化和转移的方向性,认识人类珍惜和保护能源和资源的必要性.3. 了解我国能源状 况,认识能源与环境协调发展的必要性.4. 掌握各种功能关系,会应用功能关系和能量守恒定 律解决问题 一、能量的转化与守恒 1能量的多样性: 自然界中能量的形式有多种,如:机械能、 内能、 电磁能、 光能、 化学能、 核能、生物能等,各种不同形式的能量可以相互转化 2能量守恒定律: (1) 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
2、 者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不变 (2) 能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律,它宣布第一类永动机( 不消耗能量而连 续不断地对外做功,或者消耗少量能量而做大量的功的机器) 是不可能 ( 填“可能”或“不可 能”) 制成的 二、能源与可持续发展 1能量的转化效率 (1) 任何机器都不可能( 填“可能”或“不可能”) 将输入的能量全部转化为有用的能量 (2) 能量的转化效率 有用的能量 输入的能量 . (3) 机器的能量转化效率一定小于( 填“一定小于”或“可以等于”)100%. 2能量转化和转移的方向性 研究和事实都表明:能量的转化和转移具有方向性,或者说,
3、能量的转化和转移具有不可 逆性 3 第二类永动机不违反(填“违反”或“不违反”) 能量守恒定律,但违反 ( 填“违反”或“不 违反” ) 能量转化和转移的不可逆性,因此不可能制成 4能源开发、利用与环境保护 (1) 煤、石油、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源,是不可( 填“可以”或“不可”) 2 再生的 (2) 能源的可持续发展战略:尽可能地开发和利用各种新能源,千方百计地提高不可再生能源 的合理利用率和转化效率,并且厉行节约,避免浪费 即学即用 1判断下列说法的正误 (1) 任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律( ) (2) 因为能量守恒,所以我们不需要节能( ) (3) 能量的转化和转
4、移具有不可逆性( ) (4) 任何机器的能量转化效率都低于100%.() (5) 第一类永动机不能制成是因为违反了能量守恒定律( ) (6) 第二类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律( ) 2一个质量为60 kg 的登山运动员,他登山时平均每小时登高500 m(竖直高度 ) ,已知人体 内将化学能转化为机械能的效率为25% ,那么他在3 h 内消耗的化学能为_J(g取 10 m/s 2) 答案3.6 10 6 J 解析3 h 内增加的机械能Emgh60105003 J 910 5 J 消耗的化学能E E 910 5 J 25% 3.6 10 6 J. 一、对能量守恒定律的理解 导学探究
5、(1) 在验证机械能守恒定律的实验中,计算结果发现, 重物减少的重力势能的值 总大于增加的动能的值,即机械能的总量在减少机械能减少的原因是什么?减少的部分机 械能是消失了吗? (2) 请说明下列现象中能量是如何转化或转移的? 植物进行光合作用 放在火炉旁的冰融化变热 电流通过灯泡,灯泡发光 答案(1) 机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功,机械能转化成了内 能不是 3 (2) 光能转化为化学能 内能由火炉转移到冰 电能转化为光能 知识深化 1适用范围:能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律,是各种自然现象中普遍适用的一条 规律 2能量守恒定律的理解 某种形式的能减少,一定存在其他形式
6、的能增加,且减少量和增加量一定相等 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 例 1( 多选 ) 从光滑斜面上滚下的物体,最后停止在粗糙的水平面上,说明( ) A在斜面上滚动时,只有动能和势能的相互转化 B在斜面上滚动时,有部分势能转化为内能 C在水平面上滚动时,总能量正在消失 D在水平面上滚动时,机械能转化为内能,总能量守恒 答案AD 解析在斜面上滚动时,只有重力做功, 只发生动能和势能的相互转化;在水平面上滚动时, 有摩擦力做功,机械能转化为内能,总能量是守恒的 二、能量守恒定律的应用 1能量守恒定律的表达式 (1) 从不同状态看,E初E末 (2) 从能的转
7、化角度看,E增E减 (3) 从能的转移角度看,EA增EB减 2能量守恒定律应用的关键步骤: (1) 明确研究对象和研究过程 (2) 找全参与转化或转移的能量,明确哪些能量增加,哪些能量减少 (3) 列出增加量和减少量之间的守恒式 例 2如图 1 所示,皮带的速度是3 m/s ,两圆心的距离s 4.5 m,现将m1 kg 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0.15 ,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 10 m/s 2) 4 图 1 (1) 小物体获得的动能Ek; (2) 这一过程摩擦产生的热量Q; (3) 这一过程电动机多消耗的电能E. 答案(
8、1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J 解析(1) 设小物体与皮带达到共同速度时,物体相对地面的位移为s. mgs 1 2mv 2,解得 s 3 mvB,QAQBBvAvB,QAQB CvAvB,QAvB,QAQB 答案D 解析两颗同样的子弹穿透木块的过程中,摩擦阻力f相同,子弹相对木块滑动的距离相同, 所以摩擦力做功过程中产生的内能Qfs相同,根据能量守恒定律有: 1 2mv 2 QA 1 2mv A 2,1 2 mv 2 QB1 2mv B 21 2m Bv 2,由以上两式可知 vAvB,综上所述选项D正确 6( 多选 ) 质量为m1、m2的两物体,静止在光滑的水平面上,质量为m的
9、人站在m1上用恒力F 拉绳子,经过一段时间后,两物体的速度大小分别为v1和v2,位移分别为s1和s2,如图 3 所 示,则这段时间内此人所做的功的大小等于( ) 11 图 3 AFs2 BF(s1s2) C. 1 2m 2v2 21 2( mm1)v1 2 D. 1 2m 2v2 2 答案BC 解析根据能量守恒可知,人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人 的动能,所以人做的功的大小等于F(s1s2) ,也等于 1 2m 2v2 21 2 (mm1)v1 2,即 B 、C正确 二、非选择题 7 ( 能量的利用 )一台水轮发电机组, 每秒有 2.0 m 3的水流过水轮机, 若河坝水位高度差是 20 m , 则水每秒对水轮机最多能做多少功?若有40% 的机械能转化为电能,问发电机的输出功率为 多大? ( 水的密度10 3 kg/m3, g取 10 N/kg) 答案410 5 J 1.6 10 5 W 解析若使水对水轮机做功最多,则把水的重力势能全部转化为水轮机的机械能则每秒对 水轮机做功为WmghgVh10 310220 J 4105 J 由PW t 得P出 40%W t 410 50.4 J 1 s 1.6 10 5 W.