高中物理人教版 (新课标)必修210.能量守恒定律与能源教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修210.能量守恒定律与能源教案，共2页。教案主要包含了例题解析等内容，欢迎下载使用。
现实生活的经验告诉我们，各种形式的能量是可以相互转化的。例如：在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能；通过电流的导线变热，电能转化成内能；燃料燃烧生热，化学能转化成内能；灼热的灯丝发光，内能转化成光能。实验证明，在这些转化过程中，能量都是守恒的。
2、科学家对能量守恒的探索
对于能量守恒，科学家进行了长期的探索：1801年，戴维发现了电流的化学效应；1820年，奥斯特发现了电流的磁效应；1821年，塞贝克发现了温差电现象；1831年，法拉第发现了电磁感应现象；1840年，焦耳发现了电流的热效应；1842年，迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值；1843年，焦耳测定了热功当量的数值。从而，确立了电化学、电和磁、电和热、力和热等自然现象之间的联系。1847年，亥姆霍兹在理论上概括和总结了能量守恒定律。……
发现能量守恒定律的历史表明，能量守恒定律的发现不是偶然的它是人类对自然认识发展到一定阶段的产物；除了物理学外，别的学科对能量守恒定律的发现也有贡献。
3、关于能量守恒定律
能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。
能量守恒定律是经过人类的长期探索在19世纪确立的。恩格斯曾经把这一定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪连同细胞学说、达尔文的生物进化论在内的自然科学的三大发现之一。
能量守恒定律自建立以来，就是人们认识自然、改造自然的有力武器。这个定律把广泛的自然科学技术领域联系起来使不同领域的科学工作者具有了一系列的共同语言，并取得了许多重大成就。现在，能量守恒定律仍然是我们研究自然科学的强有力的武器之一。
4、为什么要节约能源
教材在本节“思考与讨论”栏目中提出了这样的问题：“既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？”这一问题值得讨论。其实，节约能源主要是出于以下两方面的考虑：
（1）能源短缺 在近二三百年以来，人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械，使生产力得到了飞速发展。但是，能源的消耗也急剧增长。研究人员估计，按照目前的石油开采和消耗速度，地球上的石油储藏将在百年内用尽；煤的储量稍多一些，但也将在二百多年的时间内采完。可以想象，如果没有了石油和煤炭，汽车、飞机、轮船和铁路上的内燃机车都不能开动，火力发电厂将停止发电，人类的社会生活将会瘫痪。
（2）能量耗散 宏观过程具有一定的方向性，例如：两种气体放在一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。在能量的转化和转移过程中也是如此，例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部用来做机械功；热量只能自发地从高温物体传给低温物体，而不可能从低温物体传向高温物体又不产生其他影响；燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化为内能和光能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用。这些实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量的总量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人类直接利用的能量在逐渐减少，这就是能量耗散现象。所以。能量虽然守恒，但我们还要节约能源。
5、对功是能量转化的量度的再认识
能量转化是与做功紧密地联系在一起的。力做功时，必然伴随着能量的转化，而且功与能量转化的量值是相等的。这一等量关系不仅提供了计算功的大小的另一种途径，而且涉及功与能的其他物理量也可能在这一等量关系中求出。在力学中，常涉及以下几种力的功引起的相应的能量变化的等量关系：
（1）合外力所做的功或外力所做功的代数和等于物体或物体系动能的变化——动能定理；
（2）除了重力和弹力外，其他力对物体系所做的功等于物体系机械能的变化——功能原理；
（3）重力或弹力对物体所做的功与重力势能或弹性势能的变化数值相等；
（4）两物体间滑动摩擦力对物体系所做的功与物体系增加的内能数值相等。
【例题解析】
【例1】试说明下列现象中能量是怎样转化的：
A．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。
B．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。
C．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。
D．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。
【解析】A．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。
B．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。
C．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。
D．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。
图0—1
D
A
B
C
【例2】一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图10—1所示。现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点。在此过程中，绳的重心位置（ ）
A．逐渐升高 B．逐渐降低
C．先降低后升高 D．始终不变
【解析】外力对绳索做功，绳索的机械能增加。由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果。正确选项为A。
【例3】随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案将站台抬高了一些，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点。
【解析】列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能加以储存，减少了因刹车而损耗的机械能；列车出站时，利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能的作用，从而提高了能量的利用率。
【例4】如图10—2所示，小球以60J的初动能从A点出发沿粗糙斜面向上运动，在上升到B点的过程中，小球的动能损失了50J，机械能损失了10J，则小球继续向上运动至最高点C再运动至出发点A时的动能为多少？
图0—2
A
B
C
【解析】小球在由A点到B点的过程中，动能的损失量对应于克服合外力所做的功，机械能的损失量对应于克服摩擦力所做的功。由动能定理得
WG+WF=△Ek=－50J
由功能原理得 WF=△E=－10J
又 F︰G =WF︰WG
由以上三式可得 F︰G =1︰4
小球在由B点到C点的过程中，动能减少10J，由动能定理得
WG’+WF’=△Ek’=－10J
又 WF’︰WG’ = F︰G =1︰4
由以上两式可得 WF’=－2J。
所以，上升过程中小球克服摩擦力做功12J，一上一下，全过程小球克服摩擦力做功24J。在小球运动的全过程中由动能定理得 = Ekt－Ek0，
解得小球运动至出发点A时的动能为
Ekt=+ Ek0=－24J+60J=36J。