2019-2020年高中物理 第七章 机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源教学案 新人教版必修2

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。PAGE/NUMPAGES真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律10能量守恒定律与能源教学案新人教版必修2[学习目标]1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确立的两类重要事实.2.能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、解释一些实际问题.3.了解能量耗散，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识.一、能量守恒定律1.建立能量守恒定律的两个重要事实(1)确认了永动机的不可能(填“可能”或“不可能”)性.(2)发现了各种自然现象之间能量的相互XXX与转化.2.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变.3.意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃.它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式.4.列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式).二、能源和能量耗散1.能源与人类社会：人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期.自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源.2.能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用.3.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，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了.4.能量转化的方向性：能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式.(√)(2)能量耗散表明能量在逐渐消失.(×)(3)在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少.(√)(4)世上总能量不变，所以我们不需要节约能源.(×)(5)人类不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造.(×)2.质量为0.4kg的皮球，从离地面高0.5m处自由落下，与地面碰撞后以2m/s的速度反弹，不计空气阻力，g取10m/s2，碰撞时损失的机械能为______，损失的机械能转化为______能.答案　1.2J　内一、能量守恒定律的理解[导学探究]　(1)在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少.机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？(2)请 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 下列现象中能量是如何转化或转移的？①植物进行光合作用.②放在火炉旁的冰融化变热.③电流通过灯泡，灯泡发光.答案　(1)机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能.不是.(2)①光能转化为化学能②内能由火炉转移到冰③电能转化为光能[知识深化]1.适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律.2.能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.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.例1　(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明(　　)A.在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B.在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C.在水平面上滚动时，总能量正在消失D.在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒答案　AD解析　在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的.二、能量守恒定律的应用1.能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初＝E末.(2)从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减.(3)从能的转移角度看，ΔEA增＝ΔEB减.2.能量守恒定律应用的关键步骤(1)明确研究对象和研究过程.(2)找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少.(3)列出增加量和减少量之间的守恒式.例2　如图1所示，皮带的速度是3m/s，两圆心的距离s＝4.5m，现将m＝1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10m/s2)图1(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E.答案　(1)4.5J　(2)4.5J　(3)9J解析　(1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s′.μmgs′＝eq\f(1,2)mv2，解得s′＝3m<4.5m，即物体可与皮带达到共同速度，此时Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，则Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J.(3)由能量守恒知E电＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.三、功能关系的理解与应用1.功能关系概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程.(2)功是能量转化的量度.做了多少功，就有多少能量发生转化.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XXX，具体功能关系如下表：功能量转化关系式重力做功重力势能的改变WG＝－ΔEp弹力做功弹性势能的改变WF＝－ΔEp合外力做功动能的改变W合＝ΔEk除重力、系统内弹力以外的其他力做功机械能的改变W＝ΔE机两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能的改变Ff·x相对＝Q例3　如图2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(　　)图2A.重力做功2mgRB.机械能减少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功eq\f(1,2)mgR答案　D解析　重力做功与路径无关，所以WG＝mgR，选项A错；小球在B点时所受重力提供向心力，即mg＝meq\f(v2,R)，所以v＝eq\r(gR)，从P点到B点，由动能定理知：W合＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgR，故选项C错；根据能量守恒知：机械能的减少量为|ΔE|＝|ΔEp|－|ΔEk|＝eq\f(1,2)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.例4　如图3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：图3(1)小铁块增加的动能；(2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；(4)系统产生的热量.答案　(1)μmg(l－L)　(2)μmgl　(3)μmgL　(4)μmgL解析　画出这一过程两物体位移示意图，如图所示.(1)根据动能定理得μmg(l－L)＝ΔEk即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功.(2)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.(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.(4)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，也等于系统减少的机械能.1.(能源的利用)关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是(　　)A.能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B.化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭C.在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D.随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭答案　C解析　能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误.故选C.2.(功能关系)如图4所示，在高台跳水比赛中，质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力(包含浮力)而竖直向下做减速运动，设水对她的阻力大小恒为F，则在她减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)(　　)图4A.她的动能减少了FhB.她的重力势能减少了mghC.她的机械能减少了(F－mg)hD.她的机械能减少了mgh答案　B3.(功能关系)(多选)如图5所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动.已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则下列关系式中正确的是(　　)图5A.Ffl＝eq\f(1,2)Mv2B.Ffd＝eq\f(1,2)Mv2C.Ffd＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)－eq\f(1,2)(M＋m)v2D.Ff(l＋d)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)－eq\f(1,2)mv2答案　ACD解析　画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为l＋d.由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为Ff.子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得Ff·l＝eq\f(1,2)Mv2①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得－Ff·(l＋d)＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)②由①②得Ff·d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)－eq\f(1,2)(M＋m)v2所以，本题正确选项为A、C、D.4.(能量守恒定律的应用)如图6所示，一物体质量m＝2kg，在倾角θ＝37°的斜面上的A点以初速度v0＝3m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB＝4m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC＝0.2m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为D点，D点距A点AD＝3m.挡板及弹簧质量不计，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(小数点后保留两位小数)图6(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ；(2)弹簧的最大弹性势能Epm.答案　(1)0.52　(2)24.46J解析　(1)物体从开始位置A点到最后D点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)＋mglADsin37°①物体克服摩擦力产生的热量为Q＝Ffs②其中s为物体的路程，即s＝5.4mFf＝μmgcos37°③由能量守恒定律可得ΔE＝Q④由①②③④式解得μ≈0.52.(2)物体由A到C的过程中，动能减小ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)⑤重力势能减少ΔEp′＝mglACsin37°⑥摩擦生热Q′＝FflAC＝μmgcos37°lAC⑦由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为Epm＝ΔEk＋ΔEp′－Q′⑧联立⑤⑥⑦⑧解得Epm≈24.46J.课时作业一、选择题(1～4为单项选择题，5～7为多项选择题)1.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，说明能量是可以凭空产生的答案　C2.能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则.下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是(　　)A.家电尽量长时间待机B.用节能灯替换白炽灯C.楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制D.不要清除冰箱内的冰、霜答案　B解析　待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电，故A错误；用节能灯替换白炽灯，可节约用电，故B正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制，才属于科学、合理地节约用电，故C错误；清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率，才属于科学、合理地节约用电，故D错误.3.如图1所示为低空跳伞表演，假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为eq\f(4,5)g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是(　　)图1A.运动员的重力势能减少了eq\f(4,5)mghB.运动员的动能增加了eq\f(4,5)mghC.运动员克服阻力所做的功为eq\f(4,5)mghD.运动员的机械能减少了eq\f(4,5)mgh答案　B解析　在运动员下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故A错误；根据牛顿第二定律得，运动员所受的合力为F合＝ma＝eq\f(4,5)mg，则根据动能定理得，合力做功为eq\f(4,5)mgh，则动能增加了eq\f(4,5)mgh，故B正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功为mgh，则克服阻力做功eq\f(1,5)mgh，故C错误；重力势能减少了mgh，动能增加了eq\f(4,5)mgh，故机械能减少了eq\f(1,5)mgh，故D错误.4.两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则(　　)A.vA>vB，QA>QBB.vAvB，QA＝QB答案　D解析　两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力Ff相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Q＝FfΔx相同，根据能量守恒定律有：eq\f(1,2)mv2＝QA＋eq\f(1,2)mveq\o\al(A,2)，eq\f(1,2)mv2＝QB＋eq\f(1,2)mveq\o\al(B,2)＋eq\f(1,2)mBv′2，由以上两式可知vA>vB，综上所述选项D正确.5.某运动员采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心.如图2所示，假设该运动员的质量为m，在起跑时前进的距离s内，重心升高量为h，获得的速度为v，则此过程中(　　)图2A.运动员克服重力做功WG＝mghB.运动员的机械能增加了eq\f(1,2)mv2C.运动员的机械能增加了eq\f(1,2)mv2＋mghD.运动员对自身做功W1＝eq\f(1,2)mv2＋mgh答案　ACD解析　运动员在此过程中重力势能增加mgh，动能增加eq\f(1,2)mv2，机械能增加eq\f(1,2)mv2＋mgh，A、C正确，B错误.运动员通过蹬地对自身做功，做功的量为其机械能的增量，D正确.6.如图3所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是(　　)图3A.小球的机械能守恒B.物块与小球组成的系统机械能守恒C.若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量D.若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量答案　CD解析　由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，A错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，B错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为物块M与桌面间摩擦产生的热量，C正确；若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分转化为摩擦产生的热量，另一部分转化为M的动能，因此D正确.7.质量为m1、m2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v1和v2，位移分别为x1和x2，如图4所示，则这段时间内此人所做的功的大小等于(　　)图4A.Fx2B.F(x1＋x2)C.eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)＋eq\f(1,2)(m＋m1)veq\o\al(1,2)D.eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)答案　BC解析　根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F(x1＋x2)＝eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)＋eq\f(1,2)(m＋m1)veq\o\al(1,2)，即B、C正确.二、非选择题8.如图5所示，绷紧的皮带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v0＝2m/s的速率运行，现把一质量为m＝10kg的工件(可看成质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9s，工件被传送到h＝1.5m的高处，取g＝10m/s2，求：图5(1)工件与皮带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能.答案　(1)eq\f(\r(3),2)　(2)230J解析　(1)由题图可知，皮带长x＝eq\f(h,sinθ)＝3m.工件速度达到v0前，做匀加速运动的位移x1＝eq\x\to(v)t1＝eq\f(v0,2)t1，匀速运动的位移为x－x1＝v0(t－t1)，解得加速运动的时间t1＝0.8s.加速运动的位移x1＝0.8m，所以加速度a＝eq\f(v0,t1)＝2.5m/s2，由牛顿第二定律有：μmgcosθ－mgsinθ＝ma，解得：μ＝eq\f(\r(3),2).(2)从能量守恒的观点看，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服皮带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量.在时间t1内，皮带运动的位移x皮＝v0t1＝1.6m，在时间t1内，工件相对皮带的位移x相＝x皮－x1＝0.8m，在时间t1内，摩擦生热Q＝μmgcosθ·x相＝60J，工件获得的动能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(0,2)＝20J，工件增加的重力势能Ep＝mgh＝150J，电动机多消耗的电能W＝Q＋Ek＋Ep＝230J.