7．10 能量守恒定律与能源
文档属性
| 名称 | 7．10 能量守恒定律与能源 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 305.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2013-06-28 09:24:20 | ||
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文档简介
7．10 能量守恒定律与能源
【学习目标】
1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量。知道确立能量守恒定律的两类重要事实。
2.能够叙述能量守恒的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题；认识建立能量守恒的重大意义。
3.了解能量耗散，了解自然界宏观过程中能量守恒以及能量转移和转化的方向性，认识提高能量利用效率的重要性；知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的大问题，增强节约能源和环境保护的意识。
【知识准备】
阅读教材相关内容，思考下力问题：
1.能量守恒定律的内容是什么？
2.引用教材上的话，说明导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么
3.了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用。
4.人类在利用能源的同时对环境造成了哪些严重污染。
5.什么是能量耗散？能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？
6.历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？
7.举出生活中能量守恒的例子。
【新课内容】
一、能量
1．概念：一个物体 ，我们就说这个物体具有了能量。
2．形式：能量有各种不同的形式。运动的物体具有 ；被举高的重物具有 ；发生弹性形变的物体具有 ；由大量粒子构成的系统具有 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。
不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ；内能与大量微观粒子的 相对应。
3．能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,当物体的某种形式的能量 时,一定存在其他物体的能量减少。
4．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 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。
二、能量守恒定律
1．文字描述：能量既不会 ，也不会 ,它只会从一种形式 为其地形式，或者从一个物体 另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量 ，这个规律叫做能量守恒定律。
2．数学描述式：① ②
3.发现能量守恒定律的意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，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。
重点说明：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。在应用中，要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。
三、能源和能量耗散
1．能源是人类社会活动的物质基础。人类利用能源大致经历了三个时期，即 、 、 。
2．能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次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，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散。
3．与能量守恒定律：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少，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了，能量耗散遵循能量守恒定律。
4．能量耗散的方向性：能量的耗散从能量的转化和转移的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。如内能可自发的由高温物体转移到低温物体，而不能由低温物体转移到高温物体；机械能可全部转化为内能，而物体的内能不能全部转化为物体的机械能。
【典例精讲】
[例1] 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过一段时间后室内的温度将 ( )
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断
[例2] 某人用手将原来放在地面上，质量为2 kg的物体向上提起1 m，这时物体的速度为1 m/s，则在这个过程中，下列说法正确的是（ ）
A．手对物体做功为21 J B．合外力做功20 J C．合外力做功为21 J D．物体克服重力做功21 J
[例3]：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%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
【问题探究】
探究一：一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为G，空气阻力做功的大小为D。当用这些量表达时，小滑块的动能的改变等于多少？滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能的改变等于多少？
探究二:如图所示，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木块右端．小铁块与木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在木块上相对木块滑动L时与木块保持相对静止，此时长木块对地位移为l.求这个过程中：
(1)小铁块增加的动能；
(2)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．
【课后作业】
1．关于能量守恒定律，下列说法错误的是( )
A．能量能从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一物体
B．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化
C．一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少
D．能量守恒定律说明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失
2．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，说明能量可以凭空产生
3．历史上曾有许多人试图发明一种机器，它可以不消耗能量而连续不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功．如图所示为一种永动机的设计模型．人们把这种设想中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机．这样的机器能制造出来吗？请你谈谈你的看法．
4．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，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，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
5．下列说法正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式能的增加
B．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D．能源的利用受能量耗散的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
6．水从20 m高处落下，如果水的重力势能的20%用来使水的温度升高，则水落下后的温度将升高多少？(g取10 m/s2)
7．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%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
【教材补充】
高空的气温为什么低
研究大气现象时常常用到热力学第一定律，通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米，由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少。
阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以，越高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7℃（如右图）。
飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在－50℃以下。由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春。不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温。高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来。在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升。如果不用空调，机舱内的温度可能达到50℃以上！
【学习反思】
我学到了什么：
我的困惑：
[例1] [思路分析] 电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。
答案：C
[例2] [思路分析] 从功是能量转化的量度来分析，合外力功应等于物体运动的增量，动能的增加量为1 J，可见B、C错。在提起物体的过程中，除重力做功之外，只有手对物体有作用力，手做物体做的功就应等于物体机械能的增加量，物体的动能增加1J，重力势能增加20 J，机械能增加了21 J，所以手对物体做了21 J的功，A对。重力做的功与物体的重力势能变化有联系，物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，显而易见，D错。
答案：A
1．A [能量可以在不同物体之间转移也可以转化，但能的总量保持不变．]
2．C [永动机是指不消耗能量，而可以大量对外做功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量守恒定律．人类只能发现规律、利用规律．违背规律行事，即使以后科技再发达，也要受自然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，A错．
太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风云雨雪，使万物生长，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错．
马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C对．
所谓“全自动”手表其内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错．]
3．永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量．实验证明，一切永动机的设想和制造都以失败而告终．
4．AC
5．ACD [本题考查对能量守恒定律及能量耗散的理解，能量只能转化或转移，在转化或转移过程中总量不变；能量耗散表明能量在数量上并未减少，只是在可利用的品质上降低了．]
6．9.5×10－3 °C
解析 质量为m的水从高h处落下，使水的温度升高了Δt，水的比热容为c，由能量守恒定律有：mgh×20%＝cmΔt，代入数据，解得Δt＝9.5×10－3 °C.
7．3.4 kW
解析 在Δt时间内作用于风车的气流质量
m＝πr2v·Δtρ
这些气流的动能为mv2，
转变成的电能E＝mv2×10%
所以风车带动的发电机功率为
P＝＝πr2ρv3×10%
代入数据得P＝3.4 kW.
方法总结 用能量守恒定律解题的一般步骤
(1)首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少．
(2)分别列出减少的能量和增加的能量．
(3)根据能量守恒定律列方程ΔE减＝ΔE增求解．
【学习目标】
1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量。知道确立能量守恒定律的两类重要事实。
2.能够叙述能量守恒的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题；认识建立能量守恒的重大意义。
3.了解能量耗散，了解自然界宏观过程中能量守恒以及能量转移和转化的方向性，认识提高能量利用效率的重要性；知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的大问题，增强节约能源和环境保护的意识。
【知识准备】
阅读教材相关内容，思考下力问题：
1.能量守恒定律的内容是什么？
2.引用教材上的话，说明导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么
3.了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用。
4.人类在利用能源的同时对环境造成了哪些严重污染。
5.什么是能量耗散？能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？
6.历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？
7.举出生活中能量守恒的例子。
【新课内容】
一、能量
1．概念：一个物体 ，我们就说这个物体具有了能量。
2．形式：能量有各种不同的形式。运动的物体具有 ；被举高的重物具有 ；发生弹性形变的物体具有 ；由大量粒子构成的系统具有 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。
不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ；内能与大量微观粒子的 相对应。
3．能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,当物体的某种形式的能量 时,一定存在其他物体的能量减少。
4．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 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。
二、能量守恒定律
1．文字描述：能量既不会 ，也不会 ,它只会从一种形式 为其地形式，或者从一个物体 另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量 ，这个规律叫做能量守恒定律。
2．数学描述式：① ②
3.发现能量守恒定律的意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，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。
重点说明：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。在应用中，要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。
三、能源和能量耗散
1．能源是人类社会活动的物质基础。人类利用能源大致经历了三个时期，即 、 、 。
2．能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次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，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散。
3．与能量守恒定律：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少，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了，能量耗散遵循能量守恒定律。
4．能量耗散的方向性：能量的耗散从能量的转化和转移的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。如内能可自发的由高温物体转移到低温物体，而不能由低温物体转移到高温物体；机械能可全部转化为内能，而物体的内能不能全部转化为物体的机械能。
【典例精讲】
[例1] 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过一段时间后室内的温度将 ( )
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断
[例2] 某人用手将原来放在地面上，质量为2 kg的物体向上提起1 m，这时物体的速度为1 m/s，则在这个过程中，下列说法正确的是（ ）
A．手对物体做功为21 J B．合外力做功20 J C．合外力做功为21 J D．物体克服重力做功21 J
[例3]：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%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
【问题探究】
探究一：一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为G，空气阻力做功的大小为D。当用这些量表达时，小滑块的动能的改变等于多少？滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能的改变等于多少？
探究二:如图所示，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木块右端．小铁块与木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在木块上相对木块滑动L时与木块保持相对静止，此时长木块对地位移为l.求这个过程中：
(1)小铁块增加的动能；
(2)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．
【课后作业】
1．关于能量守恒定律，下列说法错误的是( )
A．能量能从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一物体
B．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化
C．一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少
D．能量守恒定律说明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失
2．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，说明能量可以凭空产生
3．历史上曾有许多人试图发明一种机器，它可以不消耗能量而连续不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功．如图所示为一种永动机的设计模型．人们把这种设想中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机．这样的机器能制造出来吗？请你谈谈你的看法．
4．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，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，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
5．下列说法正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式能的增加
B．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D．能源的利用受能量耗散的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
6．水从20 m高处落下，如果水的重力势能的20%用来使水的温度升高，则水落下后的温度将升高多少？(g取10 m/s2)
7．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%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
【教材补充】
高空的气温为什么低
研究大气现象时常常用到热力学第一定律，通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米，由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少。
阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以，越高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7℃（如右图）。
飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在－50℃以下。由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春。不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温。高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来。在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升。如果不用空调，机舱内的温度可能达到50℃以上！
【学习反思】
我学到了什么：
我的困惑：
[例1] [思路分析] 电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。
答案：C
[例2] [思路分析] 从功是能量转化的量度来分析，合外力功应等于物体运动的增量，动能的增加量为1 J，可见B、C错。在提起物体的过程中，除重力做功之外，只有手对物体有作用力，手做物体做的功就应等于物体机械能的增加量，物体的动能增加1J，重力势能增加20 J，机械能增加了21 J，所以手对物体做了21 J的功，A对。重力做的功与物体的重力势能变化有联系，物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，显而易见，D错。
答案：A
1．A [能量可以在不同物体之间转移也可以转化，但能的总量保持不变．]
2．C [永动机是指不消耗能量，而可以大量对外做功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量守恒定律．人类只能发现规律、利用规律．违背规律行事，即使以后科技再发达，也要受自然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，A错．
太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风云雨雪，使万物生长，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错．
马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C对．
所谓“全自动”手表其内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错．]
3．永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量．实验证明，一切永动机的设想和制造都以失败而告终．
4．AC
5．ACD [本题考查对能量守恒定律及能量耗散的理解，能量只能转化或转移，在转化或转移过程中总量不变；能量耗散表明能量在数量上并未减少，只是在可利用的品质上降低了．]
6．9.5×10－3 °C
解析 质量为m的水从高h处落下，使水的温度升高了Δt，水的比热容为c，由能量守恒定律有：mgh×20%＝cmΔt，代入数据，解得Δt＝9.5×10－3 °C.
7．3.4 kW
解析 在Δt时间内作用于风车的气流质量
m＝πr2v·Δtρ
这些气流的动能为mv2，
转变成的电能E＝mv2×10%
所以风车带动的发电机功率为
P＝＝πr2ρv3×10%
代入数据得P＝3.4 kW.
方法总结 用能量守恒定律解题的一般步骤
(1)首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少．
(2)分别列出减少的能量和增加的能量．
(3)根据能量守恒定律列方程ΔE减＝ΔE增求解．