能量的转化与守恒ppt课件.ppt

第六节 能量的转化与守恒,1.了解各种不同形式的能。2.明确做功与能量转化的关系。3.理解能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析实际问题。4.知道能量转移和转化的方向性。,重点：1能量守恒定律的理解。2应用能量守恒定律解决问题。难点：1各种功能关系的理解。2能量转化方向性的理解。,一、能量的多样性及相互转化1.能量的多样性：自然界中能量的形式多种多样，例如，机械能、_、电能、电磁能、_、化学能等。2.能量的转化：不同形式的能量可以_，我们所消耗的能量，大部分是_辐射到地球后转化而来的。,内能,核能,相互转化,太阳能,【判一判】（1）节日里点燃的“冲天爆竹”腾空而起，是内能转化为机械能的过程。（）（2）冬天，人们在太阳光下晒太阳取暖，是太阳能转化为机械能的过程。（）（3）潮汐具有能量，但我们无法利用它。（）,提示：（1）节日里点燃的“冲天爆竹”是火药燃烧将内能转化为爆竹的机械能，（1）正确。（2）晒太阳取暖是太阳能转化为内能，（2）错误。（3）可以利用潮汐推动机械发电，实现海水能量向电能的转化，（3）错误。,二、能量转化与守恒定律1.内容：能量既不会凭空_，也不会凭空消失，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，在转化或转移过程中其_不变。2.意义：(1)揭示了自然界各种运动形式不仅具有_性，而且具有_性。(2)宣布“_”不可能制成。,产生,转化,转移,总量,多样,统一,第一类永动机,【判一判】（1）任何能量之间的转化都遵循守恒定律。（）（2）能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。（）（3）能量守恒，我们不需要节能。（）提示：根据能量守恒定律知（1）、（2）两说法是正确的；能量守恒是指自然界的总能量守恒，但人类生活需要的可利用能量不断减少，需要节能，（3）错。,三、能量转移和转化的方向性化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会_地重新转化为化学能；热水中的内能通过热传递可以_地转移到冷水中去，但是内能不能_地再从冷水传递给原来的热水；能量在利用过程中总存在一定的_，不可能100%的被利用。,自发,自发,自发,损失,【想一想】能否设计这样一种汽车，它能将汽油的化学能百分之百地转化为汽车行驶的机械能？提示：不能。由于能量转化、转移的方向性，不可能将内能完全转化为机械能而不引起其他变化。所以热机的效率不可能达到100%，也就造不出将化学能百分之百转化为机械能的汽车。,对功与能关系的理解【探究导引】如图，小朋友正在高兴地滑滑梯，请思考以下问题：（1）小朋友沿滑梯下滑时，他们的重力做什么功，重力势能怎么变化？（2）小朋友沿滑梯下滑时，他们的机械能是否守恒？若不守恒，是增加还是减少？,【要点整合】1.功与能量的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)。因此，功是能量转化的量度。,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：,重力势能的改变,弹性势能的改变,动能的改变,机械能的改变,WG=-Ep,WF=-Ep,W合=Ek,W=E机,【特别提醒】功与能是两个不同的概念，功是力在空间上的积累，做功需要一个过程，能反映了物体对外做功的本领。二者有本质的区别，且功与能不能相互转化，但物体的能量转化是通过做功来实现的。,【典例1】(2012安徽高考)如图所示，在竖直平面内有一半径为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AP=2R,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mgRC.合外力做功mgR D.克服摩擦力做功 mgR,【思路点拨】解答本题时要注意以下三点：【关键点】（1）小球在B点所受重力等于向心力，由此可求出小球在B点的动能。（2）根据功能关系求出重力的功、合外力的功。（3）根据能量的转化与守恒求出摩擦力的功、机械能的变化量。,【规范解答】重力做功与路径无关，所以WG=mgR，选项A错；小球在B点时所受重力等于向心力，即：mg=m，所以v=从P点到B点，由动能定理知：W合=mv2=mgR，故选项C错；根据能量的转化与守恒知：机械能的减少量为|E|=|EP|-|Ek|=mgR，故选项B错；克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项D对。答案：D,【总结提升】应用功能关系解题的关键应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义：（1）重力做功是物体重力势能改变的原因，重力做多少功，重力势能就减少多少；（2）弹簧弹力做功是弹性势能改变的原因，弹簧弹力做多少功，弹性势能就减少多少；（3）合力做功是物体动能改变的原因，动能的变化量总等于合力对物体所做的功；（4）除重力和系统弹力外，其他力做功是机械能改变的原因，机械能的变化量总等于其他力所做的总功。,【变式训练】如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为mA、mB。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，速度为v。求此过程中物块A克服摩擦力所做的功（重力加速度为g）。,【解析】由于连结A、B的绳子在运动过程中一直绷紧，故A、B的速度大小一定相同。对AB系统，由功能关系有:FhWfmBgh=(mA+mB)v2求得Wf=FhmBgh(mA+mB)v2答案：FhmBgh(mA+mB)v2,【变式备选】一质量为1 kg的物体被人用手以2 m/s的速度竖直向上匀速提升1 m，则下列说法正确的是（g取10 N/kg）（）A.物体上升过程中机械能守恒B.物体的机械能增加10 JC.合外力对物体做功2 JD.物体克服重力做功2 J,【解析】选B。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10 N，故人手对物体做功10 J，机械能增加10 J，B对；合外力做功为零，C错；重力做功为-10 J，即人克服重力做功10 J，D错。,能量守恒定律的应用【探究导引】风力发电以其清洁、可再生、装机周期短等优点而受到关注，发展前景广阔。请思考以下问题：（1）风力发电的大致原理是什么？（2）风力发电装置的风车叶片为何做得又大又高？（3）风力发电装置应安放在什么位置较为合适？,【要点整合】1.表达式E初=E末或E减=E增。2.含义(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等。(2)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。,3.应用步骤(1)分清哪些形式的能(如机械能、热能、电能等)在变化。(2)分别列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式。(3)依据能量守恒列式求解。,【特别提醒】（1）能量守恒定律是个普遍规律，它不受条件约束，是自然科学的基本规律之一。（2）应用能量守恒定律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移。,【典例2】如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为，此时木板对地位移为s,求这一过程中：（1）木板增加的动能；（2）小铁块减少的动能；（3）系统机械能的减少量。,【思路点拨】求解该题应注意以下三点：【关键点】（1）木板增加的动能等于它受到的合外力做的功。（2）小铁块减少的动能等于它克服合外力做的功。（3）系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的总功。,【规范解答】（1）对B根据动能定理得：mgs=Mv2-0,从上式可知：EkB=mgs。（2）滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知：EkA=-mg(s+l)。即小铁块减少的动能为-EkA=mv02-mv2=mg(s+l)。（3）系统机械能的减少量为系统克服摩擦力做的总功，即E减Ffl=mgl。答案：（1）mgs(2)mg(s+l)(3)mgl,【变式训练】（双选）（2012广州高一检测）如图所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参照物，A、B都向前移动一段距离。在此过程中（）A.外力F做的功等于A和B动能的增量B.B对A的摩擦力所做的功等于A的动能增量C.A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功D.外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和,【解析】选B、D。A物体所受的合外力等于B对A的摩擦力，对A物体运用动能定理，则有B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量，B对。A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑动，A、B对地的位移不等，故二者做功不等，C错。对B应用动能定理，WF-Wf=EkB，即WF=Wf+EkB就是外力F对B做的功，等于B的动能增量与B克服摩擦力所做的功之和，D对。由上述讨论知B克服摩擦力所做的功与A的动能增量(等于B对A的摩擦力所做的功)不等，故A错。,对能量转化和转移方向性的理解【探究导引】观察上面两幅图片，思考以下问题：(1)热量能否从低温物体向高温物体传递？(2)内能能否全部转化为机械能？(3)若忽略摩擦、漏气、机体的热量散失等因素，热机的效率能否达到100%？,【要点整合】1.关于方向性的理解能量守恒定律指明各种形式的能量可以相互转化，并且能量在转化或转移过程中总和不变。但是能量的转化和转移并不是任意的，而是具有方向性的，具体表现在：(1)机械能与内能转化的方向性机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能。机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能必须通过热机才能实现。,(2)热传递的方向性在热传递过程中,热量可以自发地从高温物体向低温物体转移,但不能自发地从低温物体向高温物体转移。自然界中能量的转化和转移具有方向性。例如:热量可以自动地从高温物体传递给低温物体,但不能自动地从低温物体传递给高温物体；热量要从低温物体传到高温物体,必须要通过做功的方式来进行,如电冰箱、空调制冷等。散失到周围环境中的内能不能回收再重新利用。,2.热现象凡是与温度有关的现象都被称为热现象。实际上，凡是与热现象有关的物理过程都具有方向性，是不可逆的。3.对于“自发”的理解“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助。热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向。机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化。,4.热机的效率任何热机都不可能把从高温热源吸收的热量全部用来对外做功，总要向低温热源放出一部分热量，因此热机的效率一定小于100%。,【特别提醒】能量的转化和转移需要遵循两个条件：(1)能量守恒定律，即总能量不变。(2)与热现象有关的能量的转化和转移都具有方向性。,【典例3】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，如果电冰箱的门是开着的，那么室内的温度将（）A.升高 B.降低 C.不变 D.都有可能【思路点拨】解答本题时应注意以下两点：【关键点】（1）能量在转化和转移过程中守恒。（2）电流做功的过程是把电能转化为压缩机的机械能和内能。,【规范解答】电冰箱是利用制冷剂如氟利昂从箱内蒸发器处吸热而汽化后，到箱外冷凝器中放热液化，然后又到蒸发器中吸热汽化如此循环而制冷的。由于蒸发器温度低，冷凝器温度高，制冷过程中，全靠压缩机将蒸发器中的氟利昂抽出再压缩到冷凝器中，以实现热量从低温物体传递到高温物体。其中压缩机对氟利昂蒸汽做了功，电能转化为内能，所以制冷剂从蒸发器吸收的热量比整台冰箱放出的热量要少，房间又是绝热的，故室内温度升高。故A正确，B、C、D均错。答案：A,【总结提升】利用能量转化与转移解题的思路方法(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化,也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。(2)自发进行的能量转移和转化都具有方向性。(3)热机的效率总小于100%。(4)能量在转化与转移过程中,能量的总量保持不变,即遵循能量守恒定律。建立模型是分析解决问题的根本出发点。,【变式训练】（双选）下列过程中，可能实现的是（）A.水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能B.利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能C.粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高D.静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来,【解析】选B、C。根据能量转化和转移的方向性可知，物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，因此选项A、D是错误的，而选项B、C都是可实现的过程。,【变式备选】思考下列三个问题，探究能量的转化和转移是否具有方向性。（1）汽车由飞驰到静止，其动能转化为内能散发到周围的空间去，那么散发出去的内能能不能自动地全部聚集起来，使汽车重新开动起来呢？（2）夏天天气炎热，小朋友们喜欢吃冰激凌降温，连动物园中的北极熊也喜欢吃大冰块降温。由于冰块的温度比小朋友、北极熊的体温低，在吃冰块的时候，自身的热量就会传递给冰块，那么，他们在吃冰块的时候，冰块中的热量能不能传递给他们，使他们越来越热呢？,（3）在大型的庆典活动中，人们往往会开香槟庆祝，香槟在振荡后会从瓶中喷出，那么喷出的香槟能不能自动地回到瓶中？【解析】（1）根据生活经验，汽车散发出去的内能不能自动聚集，使汽车重新开动；（2）冰激凌或冰块的热量不可能自发地传递给比它们温度高的小朋友和北极熊；,（3）喷出的香槟不可能自动回到瓶中。由此可见，自然界中能量的转化具有方向性，机械能可以自发地转化为内能，内能却不能自发地转化为机械能；热量只能自发地从高温物体传递到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。自然界中的物理过程都是有方向性的。答案：见解析,【温馨提示】能量转化现象非常普遍，应用能量守恒定律解题的关键是明确研究问题涉及哪些类型能量，哪些能量减少，哪些能量增加，能量的总减少量一定等于其他形式能量的总增加量。,【典例】某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转化为电能，则该风车的发电机功率是多大？【思路点拨】该题可按以下思路求解：,【规范解答】在t时间内作用于风车的气流质量m=r2vt，这些气流的动能为Ek=mv2，转化成的电能为E=mv210%所以风车带动发电机的功率为P=r2v310%代入数据得P3.4 kW。答案：3.4 kW,摩擦力做功与机械能的变化1.摩擦力做功特点（1）无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，它们都可以做负功或做正功，也可以不做功。（2）一对相互作用的静摩擦力对物体所做的总功为零；而一对相互作用的滑动摩擦力对物体所做的总功不为零，且一定为负值。,2.摩擦力做功与机械能（1）静摩擦力做功不会引起系统机械能的变化。静摩擦力做功的过程是系统中物体间的机械能发生转移的过程。（2）滑动摩擦力做功一定会引起系统机械能的变化。滑动摩擦力做功，一是会引起系统中物体间机械能的转移，二是会引起系统总机械能的减少。,【案例展示】（2012泰州高一检测）足够长的传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小物体A由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为（）A.mv2 B.2mv2C.mv2 D.mv2,【规范解答】物体A被放于传送带上即做匀加速直线运动，加速度a=g，匀加速过程前进的距离x1=该时间内传送带前进的距离x2=vt=v所以物体相对传送带滑动距离x=x2-x1=故产生的内能Q=mgx=mg=mv2，D正确。答案：D,【名师点评】滑动摩擦力做功时，系统的机械能一定减少，减少的机械能转化为内能，所以滑动摩擦力做功过程中产生的内能Q=Ffx相，其中Ff指滑动摩擦力大小，x相指发生相对滑动的物体间的相对位移。,1（2012眉山高一检测）如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其机械能的变化情况是（）A重力势能减小，动能不变，机械能减小B重力势能减小，动能增加，机械能减小C重力势能减小，动能增加，机械能增加D重力势能减小，动能增加，机械能守恒,【解析】选B。小孩从粗糙的滑梯上自由加速滑下，由于摩擦力做了负功，小孩的机械能减小，但由于小孩加速下滑，说明小孩的运动速度增加，则其动能增加，又因小孩的高度降低，则其重力势能减小，则选项B正确，其他选项均错。,2.（双选）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可能制成D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了【解析】选A、B。根据能量守恒定律可知，能量既不会消灭，也不会创生。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正确,D错误，永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C错误。,3(2012大连高一检测)下列过程中，可能发生的是（）A.某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他变化B.打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D.将两瓶不同液体混合，然后又自发地各自分开,【解析】选C。根据能量转化的方向性可知，机械能可以完全转化为内能，但内能不能够完全转化成机械能而不引起其他变化，内能完全转化为机械能需要借助其他条件，引起其他变化，选项A错误；高压密闭容器内气体可以自由地溢出变为低压气体，但低压气体要变为高压气体，再返回到容器内需要外力作用才能完成，选项B错误；利用空调和冰箱，通过消耗电能可以使物体的温度变得更低，利用电炉可以使物体的温度变得更高，选项C正确；两瓶不同液体混合，分子间扩散，但扩散过程不可逆，选项D错误。,4（双选）（2012合肥高一检测）质量为m的物体在竖直向上拉力F的作用下从静止出发以2g的加速度匀加速上升h，则（）A.物体的机械能增加3mgh B.物体的重力势能增加mghC.物体的动能增加Fh D.物体在上升过程中机械能守恒【解析】选A、B。由F-mg=2mg得拉力F=3mg,机械能的增加等于拉力F做的功，即WF=Fh=3mgh，A对，D错。重力势能的增加等于克服重力做的功mgh，B对。动能的增加等于合力做的功，即W合=m2gh=2mgh=Fh，C错。,5.（2012珠海高一检测）如图所示，斜面倾角，质量为m的滑块，距挡板P距离为l0，并以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为，滑块所受摩擦力小于滑块的重力沿斜面的分力。若斜面足够长，滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，问滑块经过的路程有多远？,【解析】由于滑块所受重力沿斜面向下的分力大于滑块所受的摩擦力，所以可以断定滑块最终将停靠在挡板处，设整个过程经过的总路程为l，此过程重力做功WG=mgl0sin，摩擦力做功Wf=-mglcos,对滑块，根据动能定理mgl0sin-mglcos=0-mv02,解得l=答案：,