精校版+教案+强化训练+拔高训练高中物理必修二 第16讲 能量守恒定律 可打印.docx
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精校版+教案+强化训练+拔高训练高中物理必修二第16讲能量守恒定律可打印
能量守恒定律
适用学科
高中物理
适用年级
高中一年级
适用区域
人教版区域
课时时长(分钟)
120
知识点
①自然界中存在着多种能量形式
②能量守恒定律
③能量守恒以及转化的方向
④永动机永远不可造,体会能量守恒定律的重要性
教学目标
1.在物理知识方面的要求:
(1)理解能的转化和守恒定律,能列举出能的转化和守恒定律的实例;
(2)理解“永动机”不能实现的原理。
2.让学生初步学会运用能的转化和守恒定律计算一些简单的内能和机械能相互转化的问题。
3.能的转化和守恒定律是自然科学的基本定律之一,应用能的转化和守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
教学重点
重点内容是能的转化和守恒定律,强调能的转化和守恒定律是自然科学中最基本定律。
学习运用能的转化和守恒原理计算一些物理习题。
教学难点
运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析,说明能是怎样转化的,对学生来说是有难度的。
我们知道刀具在砂轮上磨削时,刀具发热是因为通过摩擦力做功,机械能转化为内能。
在暖气片上放有一瓶冷水,过一段时间后水变热,这是通过热量传递使这瓶水内能增加。
这些实例中,物体的内能为什么增加了?
是凭空产生的还是由其他形式能转化来的?
能的转化过程中数量之间有什么关系?
这是今天要学习的内容。
(1)运动的汽车紧急刹车,汽车最终停下来
。
这过程中汽车的动能(机械能)转化为轮胎和路面的
内能(假定这过程没有与周围物体有热交
换,即不散热也不吸热)。
摩擦力做了多少功,内能就增加多少。
公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系,这公式也反映出做功过程中,机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。
(2)把一铁块放入
盛有水的烧杯中,用酒精灯加热烧杯内水,直至水沸腾。
在这一过程中,铁块从周围
水中吸收了热量使它温度升高,内能增加。
这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。
铁块吸收多少热量,它内能就增加多少。
公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系,也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。
一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程,那么,外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加ΔE,即W+Q=Δ
E
上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定
量关系,同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量(内能转移量)之和。
进而说明,内能和机械能转化过程中能量是守恒的。
(1)介绍其他形式能:
我们学习过机械运动有机械能,热运动有内能,实际上自然界存在着许多不同形式的运
动,每种运动都有一种对应的能量,如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。
(2)不仅机械能和内能可以相互转化,其他形式能也可以和内能相互转化,举例说明:
(同时放映幻灯
片)
①电炉取暖:
电能→内能
②煤燃烧:
化学能→内能
③炽热灯灯丝发光:
内能→光能
(3)其他形式的能彼此之间都可以相互转化。
画
出图表让学生回答分析:
大量事实证明:
各种形式的能都可以相互转化,并且在转化过程中守恒。
“能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体。
”这就是能的转化和守恒定律。
在学习力学知识时,学习了机械能守恒定律。
机械能守恒定律是有条件限制的定律,而且实际现象中是不可能实现的。
而能的转化和守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。
这规律对物理学各个领域的研究,如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。
它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。
历史上
不少人希望设计一种机器,这种机器不消耗任何能量,却可以
源源不断地对外做功。
这种机器被称为永动机。
虽然很多人,进行了很多尝试和各种努力,但无一例外地以失败告终。
失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律,任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。
如果它对外做功必然消耗能量,不消耗能量就无法对外做功,因而永动机是永远不可能制造成功的。
总结:
通过本节的学习,要在学生的头脑中建立能量守恒的观念,培养学生的物理思想,提高学生的综合素质.能量的转化和守恒定律是自然界中普遍存在的规律之一,要理解它的物理意义,并且能用来分析生活中的实例.
。
下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
【答案】ABC
【解析】根据能量守恒定律可知,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失.能量只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,A、B对,D错.永动机违背了能量守恒定律,故它不可能制造出来,C对.
最近一段时间,一位家住“河南郑州二七区齐礼阎乡”,自称是“新加坡籍华人”“博士、院士、专家委员”,名为“梁星人”的人成为网上名人,原因是他声称建成了“宇宙引力能永动机”,获得了中国专利(实际上只是申请了专利,还未获批准),而且还有一家“海南星人永动机发电厂有限公司”正在生产用该永动机装备的车辆.你认为这则报道中提到的“宇宙引力能永动机”是真的吗?
请你解释一下.
【答案】宇宙永动机不可造
【解析】根据能量转化和守恒定律知道,自然界中能量即不会凭空地产生,也不会凭空地消失,只能从一种形式转化为另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,并且总量保持不变.所以绝对不会有人研制出只能对外做功,而不消耗能量的机器.因此,报道中所述“宇宙引力能永动机”一定是一个骗局,不可能是真的.
设想在一间与外界绝热的房间里,有一台正在工作的电冰箱,冰箱的门是开着的,那么室内的温度将
A.升高B.降低
C.不变D.都有可能
【答案】A
【解析】冰箱在正常工作时,要消耗电能,冰箱门是打开的,说明冰箱内外能够进行热交换,但是因为房子是绝热的,因此冰箱消耗的电能转化为内能,使房子中的温度升高.
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”违背了能量转化和守恒定律,因而是不可能的
D.有种“全自动”手表,不用上发条
,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生
【答案】C
【解析】选C.永动机违背了能量转化和守恒定律,所以永动机是永远不可能制成的,A错.太阳辐射大量的能量,但辐射到星际空间的能量并没有消失,而是转化成了其他形式的能量,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,一般是一个摆锤,当人戴着手
表活动时,使摆锤不停摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动.如果把这种表放在桌面上静置两天,它一定会停的,D错
例题5
如图2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μ,当小铁块在长木块上相对长木块滑动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)系统产生的热量;
(2)小铁块增加的动能;
图2
(3)长木块减少的动能;
(4)系统机械能的减少量.
解析 画出这一过程两物体位移示意图,如图所示.
(1)m、M间相对滑动的位移为L,根据能量守恒定律,有Q=μmgL,即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量.
(2)根据动能定理有μmg(l-L)=
mv2-0,其中(l-L)为小铁块相对地面的位移,从上式可看出ΔEkm=μmg(l-L),说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增加量.
(3)摩擦力对长木块做负功,根据功能关系,得ΔEkM=-μmgl,即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl.
(4)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE=μmgL.
答案
(1)μmgL
(2)μmg(l-L) (3)μmgl (4)μmgL
【教学建议】
在对课堂知识讲解完,把握了重点突破了难点以及练习精讲了之后,再用练习进行课堂检测,根据学生情况建议分3个难度层次:
易,中,难。
1.下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
解析 根据能量守恒定律可知,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失.能量只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,A、B对,D错.永动机违背了能量守恒定律,故它不可能制造出来,C对.
答案 ABC
2.下述做法能改善空气质量的是()
A.以煤等燃料作
为主要生活燃料
B.利用太阳能、风能和氢等能源替代化石能源
C.鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D.
限制使用电动车[来源:
学科网]
【答案】B
【解析】选B.本题考查的是当今社会的热门话题:
环境保护、改
善空气质量,主要是减
少污染气体的排放.
3.下列说法中正确的是()
A.能就是功,功就是能
B.做功越多,物体的能量就越多
C.外力对物体不做功,这个物体就没有能量
D.能量转化的多少可以用功来量度
【答案】D
【解析】选D.功和能是两个不同的概念,A错;做功的多少说明能量转化的多少,而不能说明能量多少,B错;外力做功与否不能说明物体能量的有无
,C错;功是能量转化的量度,D对.
1.一木块沿斜面匀速下滑的过程中()
A.能量正在减少
B.重力势
能正在减少,内能正在增加,机械能守恒
C.木块的重力势能正在转化为动能
D.减少的重力势能转化为内能,总能量守恒
【答案】D
【解析】选D.木块下滑过程中,动能不变,重力势能减小,机械能减小,系统内能增加,但总能量守恒,故D正确.
2.一物体获得一定初速度后,沿一粗糙斜面上滑,在上滑过程中,物体和斜面组成
的系统()
A.机械能守恒
B.总能量守恒
C.机械能和内能增加
D.机械能减少,内能不变
【答案】B
【解析】选B.物体沿斜面上滑过程中,有摩擦力对物体做负功,所以物体的机械能减少.由能的转化和守恒定律知,内能应增加,能的总量不变,故只有B正确.
3.关于能的转化与守恒定律的下列说法错误的是()
A.能量能从一种形式转化为另一种形式,但不能从一个物体转移到另一个
物体
B.能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化
C.一个物体能量增加了,必然伴随着别的物体能量减少
D.能的转化与守恒定律证明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失
【答案】A
【解析】选A.能量可以在不同物体之间转移,也可以转化,但能的总量保持不变.
1.某海湾共占面积1.0×107m2,涨潮时平均水深20m,此时关上水坝闸门,可使水位保持20m不变.退潮时,坝外水位降至18m.利用此水坝建立一座水力发电站,重力势能转化为电能的效率为10%,每天有两次涨潮,该电站每天发出的电能是(取g=10m/s2)()
A.1×1010JB.2×1010JC.4×1010JD.8×1010J
【答案】D
【解析】:
每天水位下降时水的重力势能减少
ΔEp=2mgΔh=2×1.0×107×2×103×10×2J=8×1011J
因转化为电能的效率为10%,所以每天发出的电能为
E=ΔEpη=8×1011×10%J=8×1010J.
2.润阳中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究,同学们认为在放自来水时,水的机械能没有得到利用而白白浪费.于是他们在老师的指导下经过研制,在水龙头处安装了一只小型水轮发电机,当放水时水的机械能转化为电能.设小型水轮发电机的效率为40%,水塔内的水面高于水龙头10m,且保持不变.当水龙头放出1t水时,小型水轮发电机所产生的电能为()
A.4000JB.98000JC.588000JD.39200J
【答案】D
【解析】:
W1=mgh=1000×9.8×10J,W2=ηW1=40%×1000×9.8×10J=3.92×104J.
3、境温度为0℃时,用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧秤下放在太阳光中.经过40min后弹簧秤示数减少了3.49N.请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率.冰的熔化热为3.35×105J/kg.
【答案】1.58×103J/(m2·s)
【解析】:
1s内因吸收太阳的辐射能而熔化的冰的质量为
kg=1.48×10-4kg
1s内冰吸收太阳的辐射能E=1.48×10-4×3.35×105J=49.58J
太阳光垂直照射在单位面积上的辐射功率为P=
J/(m2·s)=1.58×103J/(m2·s).
通过本节的学习,要在学生的头脑中建立能量守恒的观念,培养学生的物理思想,提高学生的综合素质.能量的转化和守恒定律是自然界中普遍存在的规律之一,要理解它的物理意义,并且能用来分析生活中的实例.
1.一质量为1kg的物体被人用手以2m/s的速度竖直向上匀速提升1m,则下列说法正确的是(g取10N/kg)( )
A.物体上升过程中机械能守恒
B.物体的机械能增加10J
C.合外力对物体做功2J
D.物体克服重力做功2J
答案 B
解析 物体匀速上升,动能不变,重力势能增加,机械能增加,A错;由力的平衡条件可知手对物体的力的大小等于物体的重力10N,故人手对物体做功10J,机械能增加10J,B对;合外力做功为零,C错;重力做功为-10J,即物体克服重力做功10J,D错.
2.在将物体竖直向上举起一定高度的过程中,若不计空气阻力,则()
A.举力所做的功等于物体机械能的增加
B.克服重力所做的功等于动能的增加
C.举力和重力所做的功的代数和等于物体动能的增加
D.物体所受合外力所做的功等于物体机械能的增加
【答案】AC
【解析】物体在举力作用下向上举起一定的高度,物体的机械能增加,其增加量等于举力所做的功,所以选项A正确,D错误.根据动能定理物体所受到的合外力(即举力和重力)所做的功等于物体动能的变化量,所以选项B错误,C正确.
3.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流.上述不同现象中所表现的相同物理过程是()
A.物体克服阻力做功
B.物体的动能转化为其他形式的能
C.物体的势能转化为其他形式的能
D.物体的机械能在其中的某个过程中是守恒的
【答案】A
【解析】题中所述的各种现象都受到阻力作用,阻力对物体做负功,物体的机械能转化为其他形式的能,所以选项A正确.
4.(能量守恒定律的应用)一颗子弹以某一速度击中静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出,对于这一过程,下列说法正确的是( )
A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量
C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子弹增加的内能之和
答案 BD
5.用酒精灯加热试管中的水,水沸腾后,水蒸气会把原先塞住的软木塞冲开.从能的转化角度来看,加热水的过程是_________能转化为水的_________能;水蒸气把软木塞冲开,是_________能转化为_________能.
【答案】化学内内机械
【解析】加热水要燃烧酒精,消耗酒精的化学能,水的温度升高,水的内能增加,化学能转化为内能;水蒸气把软木塞冲开,水蒸气对外做功,消耗内能,软木塞的动能增加,内能转化为机械能.
拔高
6.从10m高空由静止下落的水滴,在下落过程中,水滴重力势能的40%转化为水的内能,使水的温度升高,则水滴落下后温度升高多少?
〔水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)〕
【答案】9.5×10-3℃
【解析】水滴重力势能转化为水滴的内能,即mgh40%=cmΔt,
Δt=
℃=9.5×10-3℃.
7.如图4-3-2所示,木块A放在木块B上左端,用恒力F拉A拉至B的右端.A第一次将B固定在地面上,F做功W1,生热Q1;第二次让B可以在光滑地面上自由滑动,这次F做功W2,生热Q2,则各量间大小的关系W1W2;Q1Q2.
图4-3-2
【答案】<=
【解析】摩擦生热Q应等于滑动摩擦力f与相对位移的乘积,两次的滑动摩擦力f和相对位移都相等,所以Q1=Q2;第一次由于B不动,A的位移较小,第二次由于B随着运动,A的对地位移较大,所以第二次力F所做的功较大,即W1<W2.
8.如图3所示,滑块从A点由静止开始沿曲面下滑,过O点后滑上右边曲面B点时的速度恰好等于零,O点附近光滑,滑块经过O点不发生碰撞.若滑块从B点以某一速度v沿原路径往回滑,到达A点时的速度也恰好为零,求A、B两点间的高度差.(假设滑块从A到B与从B到A因摩擦而产生的内能相同)
图3
答案
解析 滑块从A到B,由能量守恒定律得
mgΔh=E内.
滑块从B到A,由能量守恒定律得
mv2=mgΔh+E内.
联立以上两式解得
Δh=
.
教学反思
本节具体讲看三个问题,机械能转换和守恒的实验探索、机械能守恒定律、能量守恒定律,学生对定律的得出、含义、使用条件应有明确的认识。
教学中要重视这些内容。
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