5.2 能量的转化与守恒 课件 (2)

课件37张PPT。第2节 能量的转化与守恒1．了解能量守恒定律的发现过程.
2．理解能量的转化与守恒定律,会用能量的观点解释自然现象. 重点：1.各种形式的能量之间的转化.
2.能量守恒定律的重要意义.
难点：能量守恒定律的实际应用.一、能量守恒定律的发现
1.迈尔的发现
德国医生迈尔提出了物理、化学过程中_________的原理.
2.焦耳的研究
(1)确定了电能向内能转化的_____关系.
(2)用了近40年的时间，不懈地钻研_________问题，为能量守
恒定律提供了无可置疑的证据.
3.亥姆霍兹的贡献
从理论上把力学中的_________原理推广到热、光、电、磁、化
学反应等过程，揭示了它们之间的统一性.能量守恒定量热功转换能量守恒【想一想】焦耳对物质运动之间的关系的研究方法与迈尔有什么不同?
提示:焦耳是采用严格的定量实验分析方法，迈尔研究的范围比较广泛,但他采用的是定性研究的方法.二、能量守恒定律及其应用
1.内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式___
___为另一种形式，或者从一个物体_____到另一个物体，而能量
的总值_________.
2.意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界
内在_______的第一个有力证据.
3.应用
(1)各种形式的能可以转化.但能量在转化过程中总伴有_____的
损失.
(2)各种互不相关的物理现象，可以用_____________联系在一
起.转化转移保持不变统一性内能能量守恒定律【判一判】
(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加.( )
(2)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加. ( )
(3)石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失
了.( )提示：(1)不同形式的能量可以转化，转化过程中能量是守恒的，自然界中某种形式的能量减少，必然对应另一种形式的能量增加.(1)正确.
(2)能量在不同物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的.(2)正确.
(3)石子的能量没有消失，只不过机械能减少了，变成了其他形式的能量，(3)错误. 不同形式的能量和能量之间的转化
【探究导引】
观察以上图片，思考以下问题：
(1)你了解什么形式的能量?对应哪些运动形式?
(2)除动能与势能可以相互转化之外，还有哪些形式的能量之间可以相互转化？【要点整合】
1.自然界中的运动形式多种多样.不同的运动形式对应不同的能量,例如
(1)物体运动——机械能
(2)分子热运动——内能
(3)电荷和电场——电势能
2.不同形式能量之间的转化
(1)摩擦生热——机械能转化为内能
(2)水蒸气将壶盖顶起——内能转化为机械能
(3)用电炉子加热——电能转化为内能3.太阳能的转化【特别提醒】(1)不同形式的能量的转化,意味着不同的运动形式之间可以转化.
(2)能量之间的相互转化都是通过做功来实现的.【典例1】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【思路点拨】本题列举的四个过程,都是能量的转化过程,并且都是通过克服阻力做功,把机械能转化为其他形式的能,因此可以找到共同点.
【规范解答】选A、D.这四个现象中的物体运动过程都受到阻力作用,汽车主要是制动阻力,流星、降落伞是空气阻力,条形磁铁下落受到磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A项对.四个物体运动过程中,汽车是动能转化成了其他形式的能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能,总之是机械能转化成了其他形式的能,D项对,故选A、D.【变式训练】下列关于能量转化的现象的说法中,正确的是
( )
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B.电灯发光是电能转化为光能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能【解析】选B.用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，A错误.电灯发光是电能先转化为内能,再转化为光能,B正确.核电站发电是核能转化为电能,C错误.生石灰在水中发热是化学能转化为内能,D错误. 能量守恒定律的应用
【探究导引】如图，把单摆的摆球拉离平衡位置后释放，摆球会来回摆动，观察小球的摆动，思考以下问题：
(1)小球在摆动过程中都有哪些能量参与转化？
(2)小球最终停在最低点是不是能量消失了呢？【要点整合】
1.某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.
2.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.
3.各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的.例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功.
4.能量守恒定律的发现使人们进一步认识到：不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的.【特别提醒】在应用能量守恒定律分析问题时，应注意:
(1)哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加.
(2)哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加.【典例2】一颗质量为10 g的子弹以 200 m/s 的速度射入放在
光滑水平面上质量为2 kg的木块并穿出.穿出木块时子弹的速
度变为40 m/s,木块速度为0.8 m/s.设子弹在木块中所受的阻
力不变,在此过程中子弹和木块共获得多少内能?若这些内能有
30%被子弹吸收,则可以使子弹升温多少度?子弹的比热容为
1.3×102 J/(kg·℃).【思路点拨】【规范解答】系统损失的机械能转化为系统增加的内能.
,被子弹吸收的热量是
Q=ΔE损×30%=cmΔt,所以
答案:191.36 J 44.16℃【总结提升】能量守恒定律的应用技巧
能量守恒定律是自然界中一个最基本的规律,同时,它又可以与很多其他物理规律(如:平抛运动、碰撞、圆周运动等)结合,解决一些综合性很强的题目.解决这类题目应明确研究过程中哪些能量发生了转化、各种能量的表达形式,然后由相应物理规律结合能量守恒定律求解,同时考虑以下两点:
(1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等.
(2)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.【变式训练】如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的、具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计.置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零).现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态，经过此过程( )A.Ep全部转化为气体的内能
B.Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能【解析】选D.当绳子突然断开时，活塞受
弹簧的弹力F、重力G、封闭气体对活塞向
下的压力F ′的共同作用，如图所示，其
合力向上.经多次往复运动后活塞静止时，
活塞处于三力平衡状态.气体体积必然减
小，外力对气体做正功，由于绝热，所做的功全部转化为气体的内能，气体的内能增加.而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加.最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变.设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep等于Ep′加上活塞增加的重力势能和气体增加的内能，所以D选项正确.【变式备选】重1 000 kg的气锤从2.5 m 高处落下,打在质量为200 kg的铁块上,要使铁块的温度升高40 ℃以上,气锤至少应落下多少次?［设气锤撞击铁块时做的功有60%用来使铁块温度升高,且铁的比热容c=0.11 cal/(g·℃),g取10 m/s2,
1 cal=4.2 J］【解析】气锤下落过程中只有重力做功,机械能守恒,因而气锤撞击铁块时动能为Ek=mgh=103×10×2.5 J=2.5×104 J.由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为W=Ek-0=2.5×104 J.使铁块温度升高所需的热量Q=cmΔt=0.11×200×103×40cal
=3.696×106 J，设气锤下落n次才能使铁块温度升高
40 ℃，由能量守恒定律得：nWη=Q，
次=246.4次，故气锤至少要下落247次.
答案:247次【温馨提示】能量守恒定律是每年高考的必考内容.考查往往涉及多种能量间的相互转化，且能与现实生产、生活有机融合，考查相对综合.【典例】某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领,做了如下实验:用一面积为0.1 m2的面盆盛6 kg的水,经太阳垂直照射
15 min,温度升高5℃,若地表植物每秒吸收太阳能的能力与水相等,试计算:
(1)每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为多少焦耳?
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1 kJ的太阳能可放出
0.05 L的氧气,则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气?
［1公顷=104 m2,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)］ 【思路点拨】解答本题应掌握以下两点：【规范解答】(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为
.
(2)氧气的体积为 .
答案：(1)1.4×103 J (2)700 L能量守恒定律中的“转化”和“转移”
能量守恒定律中，存在能量的转化和转移两种情况.在利用能量守恒定律解决问题时，需注意以下三点：
(1)“转化”是指能的形式发生了改变.如动能和势能之间、机械能与内能之间的转化.
(2)“转移”是指能的形式没有发生变化，只是在不同物体间或物体不同部分间转移，如热传递等.
(3)不论是“转化”或“转移”，能的总量保持不变.【案例展示】将两个完全相同的金属球加热到某一温度，在下列两种情况下，哪一种需要的热量多些？将金属球a用一根金属丝挂着，将金属球b放在水平支撑面上(假设金属丝和支撑物都不吸收热量)( )
A.a球吸收的热量多些 B.b球吸收的热量多些
C.a、b两球吸收的热量一样多 D.无法确定【规范解答】选B.小球受热体积要膨胀.由于小球体积的膨胀，球的重心位置也会变化.a球受热后重心降低，重力对球做功，小球重力势能减小.b球受热后重心升高，球克服重力做功，重力势能增大.可见，a球所需的热量较少.故B正确. 【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：