教科版 (2019)必修 第三册第四章 能源与可持续发展1 能量 能量守恒定律教学演示课件ppt

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1.理解机械能守恒定律。2.理解能量守恒定律。
1.通过机械能守恒定律成立的条件分析,形成科学思维。2.通过对能量的转化和守恒的研讨,形成科学探究方法。
一、机械能的守恒与不守恒1.机械能守恒的条件对于由几个物体组成的系统来说,系统的机械能守恒的条件是:只有重力或弹力做功。2.如果一个系统除重力或弹力以外,还有外力做功,系统的机械能就会发生变化(1)如果外力做正功,系统的机械能增加;反之则系统的机械能减少。(2)如果一个系统除重力或弹力以外,还有其他内力(如滑动摩擦力)做功,由于一对相互作用的滑动摩擦力所做功之和一定是负值,因此系统的机械能会减少,同时有热量产生。系统机械能的减少量等于所生成的热量,也可以说减少的机械能转化成了内能。
二、能量的分类　能量守恒定律1.能量的形式与物质的运动形式直接相关:机械运动对应着机械能;热运动,即分子的无规则运动对应着内能;电磁运动对应着电磁能;化学变化,即原子的外层电子变动,对应着化学能;原子核的变化对应着核能。2.能量守恒定律: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另一个物体,在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。3.第一类永动机违背了能量守恒定律,永远不会制作成功。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)只要有力做功,机械能就守恒。(　　)(2)当一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增多。(　　)(3)做功越多,能量的转化也越多。(　　)(4)物体做了多少功,就有多少能量消失。(　　)
2.如图所示,火箭在点火后竖直加速上升的过程中,忽略其质量的变化,则火箭的(　　)A.重力势能减少,动能减少,机械能减少B.重力势能减少,动能增加,机械能增加C.重力势能增加,动能减少,机械能减少D.重力势能增加,动能增加,机械能增加
解析:火箭竖直加速上升的过程中,高度增加,速度增大,由Ep=mgh和Ek= mv2知,其重力势能增加,动能增加,故机械能增加,D正确。
如图所示,自行车骑乘者正在翻越一个高坡,若忽略空气阻力及摩擦,在下面两种情况下,机械能是否守恒?(1)骑乘者用力蹬车。(2)骑乘者不蹬车,仅靠惯性运动。
提示:(1)不守恒。(2)守恒。
1.动能与重力势能间的转化只有重力做功时,若重力做正功,则重力势能转化为动能;若重力做负功,则动能转化为重力势能。转化过程中,动能与重力势能之和保持不变。2.动能与弹性势能间的转化被压缩的弹簧把物体弹出去,射箭时绷紧的弦把箭弹出去,这些过程都是弹力做正功,弹性势能转化为动能。
3.机械能动能、重力势能和弹性势能统称为机械能,在重力或弹力做功时,不同形式的机械能可以发生相互转化。4.机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。5.机械能守恒条件物体系统内只有重力或弹力做功。
【例题1】 如图所示,质量分别为3 kg和5 kg的物体A、B,用轻绳连接跨在一个轴光滑的轻质定滑轮两侧,轻绳正好拉直,且A物体底面与地接触,B物体距地面0.8 m,求:(1)放开B物体,当B物体着地时A物体的速度;(2)B物体着地后A物体上升的高度。(g取10 m/s2)
答案:(1)2 m/s　(2)0.2 m
解析:对A、B组成的系统,当B下落时系统机械能守恒,以地面为零势能参考平面,则
应用机械能守恒定律的解题步骤(1)选取研究对象(物体或系统)。(2)明确研究对象的运动过程,分析研究对象在运动过程中的受力情况,弄清各力的做功情况,判断机械能是否守恒。(3)选取恰当的参考平面,确定研究对象在初、末状态的机械能。(4)选取机械能守恒的某种表达式,列方程求解。
【变式训练】 (多选)如图所示,小球用轻弹簧连接,由水平位置释放(不计空气阻力),在小球摆至最低点的过程中(　　)A.小球的机械能守恒B.小球的重力势能减小C.小球的机械能减小D.小球、弹簧组成的系统机械能守恒
答案:BCD解析:小球下摆的过程中,弹簧不断拉长,弹簧弹力对小球做负功,所以小球的机械能不守恒,根据功能关系可知,小球的机械能在减小,故A错误,C正确;小球的高度下降,重力对小球做正功,其重力势能减小,故B正确;对小球、弹簧组成的系统,小球下摆的过程中,小球的重力做正功,弹簧弹力做负功,故小球动能、重力势能、弹簧的弹性势能总量守恒,故D正确。
在如图所示的实验装置中,重物下落过程中,叶片搅动使得水的温度升高,哪种形式的能转化成了哪种形式的能?在能量转化过程中遵守什么规律?
提示:机械能转化为内能。遵守能量守恒定律。
1.能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能。(2)各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化。2.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。3.第一类永动机失败的原因:违背了能量守恒定律。
【例题2】 右图为冲击摆实验装置,一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度h,则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少?(不计空气阻力)
利用能量守恒定律解题的方法在应用能量守恒定律处理问题时,首先要弄清系统有多少种能量相互转化,分析哪种形式的能量增加了,哪种形式的能量减少了;或者弄清哪个物体的能量增加,哪个物体的能量减少,增加量等于减少量。
1.(永动机不可能制成)至今为止,永动机从来没有成功过,其原因是(　　)A.机械制造的技术没有过关B.违背了牛顿运动定律C.违背了电荷守恒定律D.违背了能量守恒定律答案:D解析:第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。
2.(能量守恒定律的应用)(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(　　)A.物体克服阻力做功B.物体的动能转化为其他形式的能量C.物体的势能转化为其他形式的能量D.物体的机械能转化为其他形式的能量
答案:AD解析:这四个现象中,物体运动过程都受到阻力,汽车主要受到制动阻力,流星和降落伞降落受到空气阻力,条形磁铁下落过程受到磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A选项正确。四个物体运动过程中,汽车是动能转化为内能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能,总之是机械能转化为其他形式的能,D选项正确。