高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展教師用書 滬科版必修2
《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展教師用書 滬科版必修2》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展教師用書 滬科版必修2(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
4.3 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 4.4 能源與可持續(xù)發(fā)展 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道自然界中存在多種形式的能量,并且可以相互轉(zhuǎn)化. 2.掌握能量守恒定律并會應(yīng)用.(重點) 3.知道第一類、第二類永動機是不可能制成的.(難點) 4.通過實例分析,理解節(jié)約能源的意義.(重點) 能 量 轉(zhuǎn) 化 與 守 恒 1.能量的多樣性和相互轉(zhuǎn)化 (1)能量的多樣性 自然界中能量的形式多種多樣,例如:機械能、內(nèi)能、電磁能、核能、化學(xué)能等. (2)能量的轉(zhuǎn)化 不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的. 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)移的過程中其總量不變. (2)意義 ①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. ②宣告“第一類永動機”不可能制成. 1.能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的規(guī)律.(√) 2.隨著科技的發(fā)展,“第一類永動機”是可以制成的.() 3.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,因而必有損耗,所以能量是不守恒的.() 1.如圖431小朋友沿滑梯向下滑動過程中,他們身上發(fā)生了哪些能量間的轉(zhuǎn)化?小朋友的機械能守恒嗎? 圖431 【提示】 小朋友下滑時,重力勢能減少,動能增加,同時他們與滑梯的內(nèi)能也增加;小朋友的機械能減少,一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 2.近幾年流行一種“自發(fā)電電動車”,基本原理是將一小型發(fā)電機緊靠車輪處,車輪轉(zhuǎn)動時,帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn),發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動車,你認(rèn)為僅靠這種方式,電動車能持續(xù)運動下去嗎? 【提示】 僅靠這種方式,不能使電動車持續(xù)運動下去,因為靠這種方式,只能將電動車的一部分能量收集起來,但電動車運動時受到的阻力做負(fù)功,不斷把電動車的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律,要想使電動車持續(xù)運動下去,必須不斷地給電動車補充新的能量,如用腳蹬電動車或給電動車的電源充電. “神舟十號”飛船返回艙進入地球大氣層以后,由于它的高速下落,而與空氣發(fā)生劇烈摩擦,返回艙的表面溫度達(dá)到1 000攝氏度. 圖432 探討1:進入大氣層很長一段時間,返回艙加速下落,返回艙表面溫度逐漸升高.該過程動能和勢能怎么變化?機械能守恒嗎? 【提示】 該過程動能增加,勢能減少,機械能不守恒. 探討2:返回艙表面溫度越高,內(nèi)能越大.該過程中什么能向什么能轉(zhuǎn)化?機械能和內(nèi)能的總量變化嗎? 【提示】 該過程機械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化.根據(jù)能量守恒定律,機械能和內(nèi)能的總量不變. 1.對能量守恒定律的理解 (1)適用條件 能量守恒定律是普遍適用的,對宏觀世界與微觀世界、高速運動與低速運動都成立. (2)意義 能量守恒定律揭示了各種運動形式的統(tǒng)一性,它把機械的、熱的、光的、電的、磁的、化學(xué)的、生物的等現(xiàn)象聯(lián)系起來,告訴人們自然科學(xué)是相互聯(lián)系、相互統(tǒng)一的,能量之間的轉(zhuǎn)化反映了物質(zhì)的運動形式的變化. 2.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的實際應(yīng)用問題 列能量守恒表達(dá)式時的兩條基本思路: (1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等; (2)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. 1.如圖433所示,一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下,其能量的變化情況是( ) 圖433 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 【解析】 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(fù)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. 【答案】 B 2.(多選)升降機底板上放一質(zhì)量為100 kg的物體,物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5 m時速度達(dá)到4 m/s,則此過程中(g取10 m/s2)( ) A.升降機對物體做功5 800 J B.合外力對物體做功5 800 J C.物體的重力勢能增加5 000 J D.物體的機械能增加800 J 【解析】 根據(jù)動能定理得:W升-mgh=mv2,可解得W升=5 800 J,A正確;合外力做功為mv2=10042 J=800 J,B錯誤;物體重力勢能增加mgh=100105 J=5 000 J,C正確;物體機械能增加E=Fh=W升=5 800 J,D錯誤. 【答案】 AC 3.如圖434所示,皮帶的速度是3 m/s,兩圓心距離s=4.5 m,現(xiàn)將m=1 kg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,皮帶不打滑,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10 m/s2) 圖434 (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. 【解析】 (1)由μmg=ma可求得a=1.5 m/s2,因為μmgx=mv2所以物體加速階段運動的位移x=3 m<4.5 m,即物體可與皮帶達(dá)到共同速度,Ek=mv2=132 J=4.5 J. (2)由v=at可求得t=2 s Q=μmg(vt-x)=0.15110(6-3) J=4.5 J. (3)E電=Ek+Q=4.5 J+4.5 J=9 J. 【答案】 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J 利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點注意 (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)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變.利用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變化,分析時避免出現(xiàn)遺漏. 能 源 與 可 持 續(xù) 發(fā) 展 1.能量轉(zhuǎn)化的效率 為了衡量機器可將多少輸入的能量轉(zhuǎn)化為有用的能量,人們提出了“能量轉(zhuǎn)化效率”這一概念,它是轉(zhuǎn)化為有用的能量跟輸入的能量的比值,即能量的轉(zhuǎn)化效率=. 2.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性 能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性. 3.能源的開發(fā)和利用 節(jié)約能源的方法有:采用高效鍋爐,節(jié)約燃料;采用高溫高壓蒸汽輪機,提高熱機效率;充分利用廢氣余熱,提高燃料利用率等. 1.能量是守恒的,生產(chǎn)中節(jié)能是沒有必要的.() 2.能量不能創(chuàng)造,不能再生,能量只能進行轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,但能量間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向的.(√) 3.第二類永動機不違背能量守恒定律,所以總有一天是會成功的.() 1.有的同學(xué)認(rèn)為:既然自然界總能量是守恒的,那就沒必要節(jié)約能源了.他的觀點為何不對? 【提示】 總能量雖然守恒,但是可利用的能量越來越少,所以人類應(yīng)節(jié)約可利用能源. 2.“煤既是常規(guī)能源又是不可再生能源”,這種認(rèn)識正確嗎? 【提示】 正確;根據(jù)能源的分類角度不同,可將煤看作常規(guī)能源和不可再生能源等. 探討1:如圖435所示,把小球拉到一定角度后釋放,小球在豎直平面內(nèi)來回擺動,我們觀察到它的擺動幅度越來越小,最后停止擺動.機械能消失了嗎?若沒有消失,轉(zhuǎn)化成了什么?能否讓這種能自發(fā)的轉(zhuǎn)化為機械能使小球動起來呢? 圖435 【提示】 機械能沒有消失,而是轉(zhuǎn)化為小球和空氣的內(nèi)能,不可能使內(nèi)能自發(fā)轉(zhuǎn)化為機械能使小球擺動. 探討2:如圖436所示,是我國能源結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計圖,根據(jù)此圖的數(shù)據(jù),總結(jié)出我國能源結(jié)構(gòu)或現(xiàn)狀有什么規(guī)律? 圖436 【提示】 我國的能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主;我國的能源消耗中不可再生能源占據(jù)的比例過大,結(jié)構(gòu)不合理;我國能源消耗中可再生能源的比例過?。? 能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性 1.能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化 能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性,也可以說,能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有不可逆性. (1)機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性 機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化.機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不需要專門的裝置,而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機械能卻很復(fù)雜. 機械能內(nèi)能 (2)熱量總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,而不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移. 高溫物體低溫物體 2.第二類永動機 能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總存在一定的損失,不可能100%地被利用. (1)第二類永動機是指將輸入的總能量100%用來對外做功,而不引起其他變化. (2)第二類永動機并不違背能量守恒定律,但也是不可能實現(xiàn)的,所以它也只是人們的一種幻想罷了.雖然轉(zhuǎn)化效率為100%的機器無法造出,但是我們可以盡量提高能量的轉(zhuǎn)化效率. 4.(多選)在最近幾年的家電市場上出現(xiàn)一個新寵——“變頻空調(diào)”,據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能,因為定頻空調(diào)開機時就等同于汽車啟動時,很耗能,是正常運行的5至7倍.空調(diào)在工作時達(dá)到設(shè)定溫度就停機,等溫度高了再繼續(xù)啟動.這樣會頻繁啟動,耗電多,而變頻空調(diào)啟動時有一個由低到高的過程,而運行過程是自動變速來保持室內(nèi)溫度,從開機到關(guān)機中間不停機.而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運行,所以比較省電.閱讀上述介紹后,探究以下說法中合理的是( ) A.變頻空調(diào)節(jié)能,運行中不遵守能量守恒定律 B.變頻空調(diào)運行中做功少,轉(zhuǎn)化能量多 C.變頻空調(diào)在同樣工作條件下運行效率高,省電 D.變頻空調(diào)與定頻空調(diào)做同樣多的功時,消耗同樣電能 【解析】 自然界的一切過程都遵守能量守恒定律,A錯;功是能量轉(zhuǎn)化的量度,做同樣多的功,消耗同樣電能,B錯,D對;由變頻空調(diào)的工作特點可知省電的原理是效率高,C對. 【答案】 CD 5.十八大報告提出了“推進綠色發(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.夏天天氣炎熱,空調(diào)的溫度調(diào)得越低越好 B.把家里不好用的燃?xì)鉄崴鲹Q成太陽能熱水器 C.出行時,如果條件允許的話,盡可能選擇公共交通工具 D.日常生活中,做到隨手關(guān)燈,關(guān)掉較長時間不使用的電腦和電視 【解析】 夏天天氣炎熱,空調(diào)溫度調(diào)得越低電能消耗越多,造成不必要的能源浪費,選項A不符合“綠色發(fā)展、低碳發(fā)展”的理念;燃?xì)鉄崴飨牡娜細(xì)馐遣豢稍偕茉矗柲軣崴魇褂玫奶柲苋≈槐M用之不竭,屬于綠色能源;選擇公交出行有利于減小碳排放,減少污染;隨手關(guān)燈等習(xí)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. 【答案】 A 6.水能是可再生能源,可用來發(fā)電為人類提供清潔的能源.若一水力發(fā)電站水庫平均流量為Q m3/s,落差為h m.試回答和計算: (1)水力發(fā)電過程是什么能之間的轉(zhuǎn)化? (2)設(shè)發(fā)電效率為η,則全年的發(fā)電量為多少?(用kWh來表示) 【解析】 (1)水力發(fā)電過程中,消耗了水的機械能產(chǎn)生了電能,水力發(fā)電過程是機械能轉(zhuǎn)化為電能. (2)每秒鐘從高度h處落下的水的質(zhì)量為m=ρQ,則每秒鐘減少的機械能為E=ρQgh(J) 根據(jù)能量守恒定律可知每秒產(chǎn)生的電能為 E電=ηE=ηρQgh(J) 則全年的發(fā)電量為E總=ηEt=365243 600ηρQgh=3.153 6107ηρQgh(J)=8.76ηρQgh(kWh) 【答案】 (1)機械能轉(zhuǎn)化為電能 (2)8.76ηρQgh(kWh) 能量轉(zhuǎn)化效率類問題的解題技巧 (1)分析能量形式以及能量轉(zhuǎn)化的方向.搞清楚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,即滿足E1=E2+E損失. (2)尋找能量轉(zhuǎn)化效率與功率、總功之間的關(guān)系. ①根據(jù)總功和效率可求出獲得的能量,即E2=ηE1; ②根據(jù)功能關(guān)系W=E1求功; ③根據(jù)功與功率的關(guān)系W=Pt求出功率.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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