2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第3章热力学定律3.3能量守恒定律课件

第3节　能量守恒定律\n一、能量守恒定律1．定律内容：能量既不会凭空产生,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____到别的物体,在转化或转移的过程中,__________保持不变．2．建立定律的两个重要事实(1)确认了______的不可能性．(2)各种自然现象之间能量的________与____．转化转移能量的总量永动机相互联系转化\n3．机械能守恒定律与能量守恒定律的关系机械能守恒定律是普遍的____________的特种背景下一种特殊表现形式．二、能源和能量消散1．能量耗散燃料燃烧时把自己的热量释放出去,电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化成____和____,热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的____,我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．能量守恒定律内能光能内能\n2．能源危机的含义在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上________,但在可利用的品质上____了,从便于利用的变成__________的了．3．能量转化的方向性与节约能源的必要性________反映了能量转化的宏观过程具有方向性,所以能源的利用是有条件的,也是有代价的,所以自然界的能量虽然____,但还是很有必要节约能源．并未减少降低不便于利用能量耗散守恒\n一、对功与能关系的理解1．功是能量转化的量度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．\n2．不同形式的能量变化与不同的功对应能量的转化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体形式的能量变化相联系,即功能关系．常见的力做功与能量转化的对应关系如下(即功能关系)\n\n即时应用(即时突破,小试牛刀)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10m/s2)()A．物体上升过程中机械能守恒B．物体的机械能增加10JC．合外力对物体做功2JD．物体克服重力做功2J\n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大小等于10N,故手对物体做功10J,机械能增加10J,B对；合外力做功为零,C错；重力做功为－10J,即人克服重力做功10J,D错．\n二、能量守恒定律1．定律表达式：E初＝E终；ΔE增＝ΔE减．2．对定律的进一步理解(1)该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线．(2)要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移．(3)滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能,即Q＝Fl相．\n特别提醒：某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定和增加量相等．\n3．用能量守恒定律解题的基本步骤(1)分清有多少种形式的能(如机械能、内能、电能等)在变化．(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)列式求解用能量观点去分析、解决物理问题,往往具有简便、适用范围广等优点．同学们要逐步养成用能量的观点分析、解决问题的素养．\n即时应用(即时突破,小试牛刀)2．如图7－10－1所示,一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下,其能量的变化情况是()A．重力势能减小,动能不变,机械能减小,总能量减小B．重力势能减小,动能增加,机械能减小,总能量不变C．重力势能减小,动能增加,机械能增加,总能量增加D．重力势能减小,动能增加,机械能守恒,总能量不变\n解析：选B.由能量转化和守恒定律可知,小孩在下滑过程中总能量守恒,故A、C均错；由于摩擦力要做负功,机械能不守恒,故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化,故只有B正确．\n试说明下列现象中能量是怎样转化的．对能量转化的认识例1\n(1)在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止．(2)电风扇通电后开始转动,断电后转动着的风扇又慢慢停下来．(3)火药爆炸产生燃气,子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,射穿一块钢板,速度减小．(4)用柴油机带动发电机发电,供给电动水泵抽水,把水从低处抽到高处．\n【思路点拨】物体间发生能量转移时,能量的形式不变；而发生能量的转化时,能量的形式要发生变化．在确定能量的转化时,可以从消耗什么能,得到什么能进行比较来确定．\n【精讲精析】(1)在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止．这一过程中,汽车所受的阻力做负功,机械能转化为内能．(2)电风扇通电后开始转动,电流做功,电能转化为机械能,有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来,阻力做负功,机械能转化为内能．\n(3)火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,推力做功,内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板,速度减小,阻力做负功,机械能转化为内能．(4)用柴油机带动发电机发电,化学能转化为机械能,又转化为电能；发电机发电后供给电动水泵抽水,电流做功,电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处,水泵对水做功,使水泵的机械能传递给水．\n【答案】见精讲精析【方法总结】一种形式的能量减少时,一定有另外形式的能量增加,一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增加,不管能量如何转移和转化,能量的总和保持不变．\n变式训练1自由摆动的秋千幅度越来越小,直至最后停止摆动,对于该过程,下列说法正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．减少的机械能转化为内能D．只有动能和势能相互转化\n解析：选C.在秋千摆动过程中,空气阻力做功,机械能减少,转化为内能,但能量不会消失,C正确．\n某地平均风速为5m/s,已知空气密度是1.2kg/m3,有一风车,它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面．如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多大？能量守恒定律的应用例2\n【思路点拨】在本题研究的过程中,气流动能的10%转化为电能,即在时间Δt内吹到风车上气流的动能的10%转化为电能．\n【答案】3.4kW\n【方法总结】建构一个气流圆柱体模型是关键,只有处于这个圆柱体内的空气在Δt内才能作用于风车上,电能就是这些气流的动能转化而来的．\n变式训练2一水电站,水流的落差为20m,水流冲击水轮发电机后,水流能20%转化为电能,若发电机的功率200kW,则每分钟流下的水量是________m3(g取10m/s2)．解析：设每分钟水的流量为Q,则在1分钟内流下的水的质量m＝Qρ①在1分钟内流下的水减少的重力势能ΔEp＝mgh＝Qρgh②\n答案：300\n如图7－10－2所示,质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,正好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为μ,此时木板对地位移为x,求这一过程中：功能关系的应用例3图7－10－2\n(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；(4)系统产生的热量．【思路点拨】在此过程中摩擦力做功的情况是：A和B所受摩擦力分别为F1、F2,且F1＝F2＝μmg,A在F1的作用下做匀减速运动,B在F2的作用下做匀加速运动；当A滑动到B的右端时,A、B达到相同的速度v,正好不掉下．\n\n【答案】见自主解答\n【方法总结】通过本题可以看出摩擦力做功可从以下两个方面理解：(1)相互作用的静摩擦力,如果一个力做正功,另一个力一定做负功,并且量值相等,即一对静摩擦力做功不会产生热量．(2)相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和一定为负值,即一对滑动摩擦力做功的结果总是使系统的机械能减少,减少的机械能转化为内能：Q＝F滑·s相,其中s相必须是两个接触面相对滑动的距离(或相对路程)．\n变式训练3如图7－10－3所示,倾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上,长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上,其上端与斜面顶端齐平．用细线将物块与软绳连接,物块由静止释放后向下运动,直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面),在此过程中()图7－10－3\n\n