1、第4章,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.,内容索引,自主预习梳理, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,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、 、电磁能、 、化学能、核能、生物能等，各种不同形式的能量可以相互. 2.能量守恒定律： (1)内容：能量既不能凭空产生
2、，也不能凭空消失，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 . (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 (填“可能”或“不可能”)制成的.,内能,光能,转化,转化,转移,总量不变,不可能,二、能源与可持续发展 1.能量的转化效率 (1)任何机器都 (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 . (3)机器的能量转化效率 (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
3、量的转化和转移具有 性，或者说，能量的转化和转移具有 性.,不可能,一定小于,方向,不可逆,3.第二类永动机 (填“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但_ (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、 、天然气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)能源的可持续发展战略：尽可能地开发和利用各种 ，千方百计地提高不可再生能源的合理 和转化效率，并且厉行节约，避免浪费.,利用率,不违反,违反,石油,不可,新能源,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
4、为能量守恒，所以我们不需要节能.( ) (3)能量的转化和转移具有不可逆性.( ) (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/s2),3.6106,解析 3 h内增加的机械能Emgh60105003 J9105 J,答案,解析,重点知识探究,一、能量守恒定律的理解,(1)在验证机械能守
5、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？,答案 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.,答案,(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.,答案 光能转化为化学能,答案,放在火炉旁的冰融化变热.,答案 内能由火炉转移到冰,电流通过灯泡，灯泡发光.,答案 电能转化为光能,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，一定存在其他形式的能增加，且减
6、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,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.,答案,解析,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)从能的转化角度看，E
7、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s4.5 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/s2) (1)小物体获得的动能Ek；,图1,答案 4.5 J,解析 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.,答案,解析,(2)这一过程摩擦产生的
8、热量Q；,答案 4.5 J,解析 由mgma得a1.5 m/s2， 由vat得t2 s， 则Qmg(vts)0.15110(63) J4.5 J.,答案,解析,(3)这一过程电动机消耗的电能E.,答案 9 J,解析 由能量守恒知E电EkQ4.5 J4.5 J9 J.,三、功能关系的理解与应用,1.功能关系概述 (1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程. (2)功是能量转化的量度.做了多少功，就有多少能量发生转化.,2.功与能的关系：由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：,例3 如图2所示，在竖直平面内有
9、一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力.已知AP2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中 A.重力做功2mgR B.机械能减少mgR C.合外力做功mgR D.克服摩擦力做功 mgR,图2,答案,解析,解析 重力做功与路径无关，所以WGmgR，选项A错；,克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项D对.,例4 如图3所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为，当小铁块在长木块上相
10、对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l， 求这个过程中： (1)小铁块增加的动能；,答案 mg(lL),解析 画出这一过程两物体位移示意图，如图所示. 根据动能定理得mg(lL)Ek 即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功.,图3,答案,解析,(2)长木块减少的动能；,答案 mgl,解析 摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得EkMmgl， 即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功mgl.,答案,解析,(3)系统机械能的减少量；,答案 mgL,解析 系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功EmgL.,(4)系统产生的热量.,答案 mgL,解析 m、M间相对
11、滑动的位移为L， 根据能量守恒定律，有QmgL， 即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能.,答案,解析,当堂达标检测,1.(能源的利用)关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是 A.能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B.化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C.在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D.随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭,1,2,3,答案,解析,解析 能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误； 化石能源的能量虽然来自太阳能，但
12、要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误； 在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确； 无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误.故选C.,1,2,3,1,2,3,答案,解析,2.(功能关系)(多选)如图4所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动.已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系式中正确的是,图4,解析 画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l
13、，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为ld.由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f.,木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得,所以，本题正确选项为A、C、D.,1,2,3,3.(能量守恒定律的应用)如图5所示，一物体质量m2 kg，在倾角37的斜面上的A点以初速度v03 m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB4 m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为D点，D点距A点AD3 m.挡板及弹簧质量不计，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求：(小数点后保留两位小数) (1)物体与斜面间的动摩擦因数；,答案 0.52,1,2,3,答案,解析,图5,1,2,3,解析 物体从开始位置A点到最后D点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，,物体克服摩擦力产生的热量为Qfs 其中s为物体的路程，即s5.4 m fmgcos 37 由能量守恒定律可得EQ 由式解得0.52.,(2)弹簧的最大弹性势能Epm.,答案 24.46 J,重力势能减少EpmglACsin 37 摩擦生热QflACmgcos 37lAC 由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为 EpmEkEpQ 联立解得Epm24.46 J.,答案,解析,解析 物体由A到C的过程中，,1,2,3,本课结束,
