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(diǎn)) 3.知道第一類、第二類永動機(jī)是不可能制成的．(難點(diǎn)) 4.通過實例分析，理解節(jié)約能源的意義．(重點(diǎn)) 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(jī)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(yùn)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(jī)”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(jī)”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(jī)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(jī)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(jī)緊靠車輪處，車輪轉(zhuǎn)動時，帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)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(yùn)動下去嗎？ 【提示】　僅靠這種方式，不能使電動車持續(xù)運(yùn)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(yùn)動時受到的阻力做負(fù)功，不斷把電動車的機(jī)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(yùn)動下去，必須不斷地給電動車補(bǔ)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(jìn)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(jìn)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(jī)械能守恒嗎？ 【提示】　該過程動能增加，勢能減少，機(jī)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(jī)械能和內(nèi)能的總量變化嗎？ 【提示】　該過程機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化．根據(jù)能量守恒定律，機(jī)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(yùn)動與低速運(yùn)動都成立． (2)意義 能量守恒定律揭示了各種運(yùn)動形式的統(tǒng)一性，它把機(jī)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(yùn)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(jī)械能減小，總能量減小 B．重力勢能減小，動能增加，機(jī)械能減小，總能量不變 C．重力勢能減小，動能增加，機(jī)械能增加，總能量增加 D．重力勢能減小，動能增加，機(jī)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(jī)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(jī)底板上放一質(zhì)量為100 kg的物體，物體隨升降機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)帶動皮帶將物體從左輪運(yùn)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(jī)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(yùn)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(diǎn)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(jìn)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(jī)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(jī)，提高熱機(jī)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(jìn)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(jī)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(diǎn)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(jī)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(jī)械能使小球動起來呢？ 圖435 【提示】　機(jī)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(jī)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小． 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(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性 機(jī)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(jī)械能而不引起其他變化．機(jī)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(jī)械能卻很復(fù)雜． 機(jī)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(jī) 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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)時就等同于汽車啟動時，很耗能，是正常運(yùn)行的5至7倍．空調(diào)在工作時達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，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(yùn)行過程是自動變速來保持室內(nèi)溫度，從開機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī)．而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)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(yùn)行中不遵守能量守恒定律 B．變頻空調(diào)運(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(jìn)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(fèi)，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?，太陽能熱水器使用的太陽能取之不盡用之不竭，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(jī)械能產(chǎn)生了電能，水力發(fā)電過程是機(jī)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(jī)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(jī)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．