人教版高一必修二物理 7.1 追寻守恒量——能量 (共35张PPT)

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名称 人教版高一必修二物理 7.1 追寻守恒量——能量 (共35张PPT)
格式 zip
文件大小 2.9MB
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 2020-03-18 09:30:43

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文档简介

(共35张PPT)
丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电,丝绸带负电
毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电,毛皮带正电
守恒量:电子的总量(电荷数)
如图所示,在一个盛满水的容器内放入一块冰。不考虑水的热膨胀,在冰的溶解过程中,容器内的水会继续溢出吗?为什么?
分析探究: 当冰静止在水面时,由阿基米德定律可以推理出冰的质量等于冰排开的水的质量。而冰融解成水的前后质量不变,实际上就相当于冰在融解过程中将体积缩小成虚线以下部分的体积,所以水不会溢出。
在这里,虽然冰发生了物态变化,但我们如果找到了变化中的守恒量——冰的质量。
即冰块
从而很容易地推理出它们在体积上存在的置换关系,圆满地解决了所提出的问题。
的质量等于“水块”
的质量
注:阿基米德定律:浸入液体中的物体所受浮力的大小等于其排开液体所受重力的大小 。
F浮=M冰g F浮= M水g
M冰g= M水g M冰= M水
“有一个事实,如果你愿意,也可以说一条定律,支配着至今所知的一切自然现象……这条定律称做能量守恒定律。它指出某一个量,我们把它称为能量,在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽象的概念……”
——诺贝尔物理学奖获得者费恩曼
小球“记得”原来的高度
一.伽利略理想实验
∴h’=h
证明
无 摩 擦
观察
伽利略理想斜面实验(斜面均光滑)
在伽利略的斜面理想实验中,是否存在守恒量?
1、小球从一个斜面的某一高度由静止滑下,并运动到另一个斜面的同一高度,经历了哪几个运动过程?
2、这些过程各有什么特点?
1、小球经历了先加速后减速的过程
2、在加速过程中,小球速度增大,位置高度减小;在减速运动过程中,小球速度在减小,但位置高度在增大
在伽利略的斜面理想实验中,存在什么样的守恒量?
高度?
运动快慢?
其他?
能量:伽利略斜面实验表明,小球在运动过程中,“有某一量是守恒的”,这个量叫做能量或能。
动能和势能可以相互转化,而总的能量保持不变
  通过以上实验我们可以观察到斜面上的小球、单摆中的小球、滚摆中的轮子、弹簧振子好像“记得 ”自己起始的高度(或与高度相关的某个量)。
后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。
滚摆中的轮子
O
O
能量无处不在
二﹑势能和动能
  在伽利略斜面实验中,将小球提高到起始点的高度时,小球被赋予一种形式的能量——势能。
  相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能(potential energy)。
它们具有重力势能

杠铃
被弹高的人
流动的水
它们具有弹性势能
起跳时的跳板
物体由于运动而具有的能量叫做动能(kinetic energy)。
  在伽利略斜面实验中,释放小球后,小球开始运动,获得速度,小球被赋予一种形式的能量——动能。
它们都具有动能
飞驰的足球
奔驶的赛车
高速飞行的火箭
   当小球由最高点沿斜面 A 运动到达最低点时,能量怎样变化?
动能
参考面
速度最大
高度为0
小球到达最低点
(参考面)
势能去了哪里?
用“能量”怎样描述伽利略斜面实验
机械能
机械能:动能与势能的总和 。
“追寻守恒量”的意义
(1)可行性:物质在运动变化过程中存在守恒量。
(2)重要性:物质在运动变化过程中都要满足一定的守恒定律。
学生讨论:用能量的观点来描述
摩擦生热
玩滑梯的过程
过山车
跳板跳水运动员在弹离跳板后,先上升到一定的高度,在空中完成一系列复杂而优美的动作后入水。将运动员视为质点,请你分析一下从运动员起跳到入水全过程,有哪些能量发生了转化?
在全球能源短缺的今天,科学家也在绞尽脑汁,设想了许多非同寻常的发电招数。道路发电、绿叶发电、体温发电,这些发电方式您可能听都没有听过,但它们却正悄悄走向我们的生活。

    “巨蟒”不是真正的莽,它因像蛇一样的外形而得名,它在巨浪中沉浮,可以大量收集能量,并将其转化为电能。首先充分发挥一下你的想像力,一根巨大的橡胶管———因其像蛇一样的外形而得名“巨蟒”,被安放在辽阔的海面上,一个巨浪打来,它被吞没,但过不一会,它又出现了,短暂的起伏瞬间,连接这根管子的特殊装置已经收集到了可观的电能。
  “巨蟒”装置的两端都是密封的,里面装满了水。这种设计可以使其固定在海水表面以下,一端朝向海浪袭来的方向。每次海浪拍打到管子的一端使之受到挤压,在内部形成“激突波”,即内部压力波。激突波在管子里面传动,而引起激突波的海浪则在管外以同样的速度流动,这样就对管子形成了越来越大的挤压,于是激突波也会越来越大。随之,激突波使得固定在装置另一端的涡轮启动,于是电能产生,并通过一根电缆传送到海岸上。一直以来,人们知道海浪能制造巨大的能量但苦于没有途径收集,现在,“巨蟒”就可以解决这个问题。
“巨蟒”发电--------向海浪要能量
道路发电-------1公里发电400千瓦
  
这条神奇的路是以色列技术研究院下属公司的一个项目,它在普通路面的沥青中植入大量的压电晶体,通过汽车驶过时的压电转换来发电,1公里的路面能产生约100—400千瓦的电力。
   科学家表示,理论上,这些植入沥青的压电晶体能使用至少30年,因此,该技术可以用于任何大流量的道路,包括铁路和公路。目前,其路面改造成本约为每公里65万美元,但在大规模生产启动后,造价还能降低2/3。该发电方法的远期目标是,由该系统产生的电力价格能降到每度3—10美分(约合人民币0.2元—0.7元)———非常接近目前的民用电价了,甚至还更低,而且由此带来的减碳效应不可估量,尤其是对我国这种严重依赖煤电的国家而言,更是具有相当的意义:截至2008年底,我国共有高速公路4.1万公里,如果全部应用了此种技术,那么它们一年最多将发电1436亿度。
  目前,这种技术已进行了小规模的试验,而大范围的试验已在2010年开始。
  
绿叶发电-----树木也能成电厂
 绿叶具有光合作用,这是众所周知的,但绿叶还具有光电效应这个奇特功能,恐怕很少有人知道。
  科学家们深入研究发现,当太阳光照射到绿叶上时,绿叶就能吸收光能,并且从水分中夺取电子,这些夺取来的电子不断地自由活动并渐渐聚集起来。如果在这些电子自由活动前就用固定的电流场使他们定向移动,就能形成电子流,这就是绿叶电流。一棵大樟树或梧桐树约有20多万片树叶,每片树叶细胞内部结构中有许许多多的叶绿体。如果将这些叶片摊开来计算,其叶绿体的总面积可达2300平方米,按能量换算,相当于覆盖36亩土地的巨型太阳能转换站,这毕竟还是一棵树,要是一片茂密的树林呢?显然,绿叶的发电能力十分可观。
  科学家正尝试把这样的“发电厂”从实验室里搬出来,比如在房屋周围广泛植树,在墙边种植青萝、紫藤、爬山虎等植物,以构成厚厚的多层覆盖的叠式植物群。这样一来,不仅房屋周围绿树成荫,环境大改善,而且每户人家还可以自成体系地建立一个个小型发电厂,这将是世界上真正的无灰、无尘、无污染、无噪音的最富有生命力的新型绿叶发电厂。叶绿体的优点还在于不论春夏秋冬或阴晴雨雪,它都能吸收光能并把它转化为电能。这种奇妙的发电方式无疑将受到城乡居民的普遍欢迎,对于居住在交通不便的深山密林中的人们来说,“绿叶发电”就更是方便实用了。
体温发电------办公楼会“吸热”
 美国新泽西州电信电话公司不久前设计建造了一座新颖的办公大楼,利用装在楼内的能量收集置换装置将在大楼工作的3000多名员工所散发的热量收集起来并置换为电能,用于照明、电脑办公,甚至调节室内温度,使之保持在18—29摄氏度之间,只有当室外温度降到零下9摄氏度以下时,才需开暖气供热。
  科学家们还发明了一种袖珍温差电池,可以将人体的热能(体温)直接转化为电能,继而为小型助听器、微型收音机、迷你电视机供电。这些袖珍家用电器体积小、重量轻、携带方便,不必为其供电而犯愁,因此非常受欢迎。
  体温供电手表也在受欢迎之列。手表的表底盖就是一块微型温差电池,手的温度能产生电能推动手表准确地运转起来。您的运动也可以转化为电能,这种通过走路振动发电的系统可以安装到人流拥挤的公共场所 。
  运动发电-----走三万步驱动火车
  美国麻省理工学院的两名学生设计了一种地板系统,可以在火车站、舞厅、商场等人流集中的地方收集人们走路、跳舞以及跳跃等运动产生的机械能,并将其转化成电能。他们称这种“发电”形式为“人群电场”。
   这种所谓的“人群电场”是由麻省理工学院的两名研究生詹姆斯·拉雷姆和赛迪斯·朱斯楚克设计的,他们计划将这样一种通过走路振动来发电的地板系统安装到人流拥挤的公共场所,利用这里密集的人流所产生的振动来产生电力。
这种地板系统是由很多木块交错组成的,人们走路时会对地板产生压力,使与木块相连的摇杆也被压下。摇杆从一个方向带动中心轴旋转,从而将机械能转化成电流。当众多行人连续在地板上行走时,摇杆不断被压下,使中心轴不停地转动发电。这种装置安装在大街、商场、火车站等处,所发出的电可以用来照明和驱动电风扇。
   根据格拉雷姆和朱斯楚克的实验,通过这样一套系统,每个人行走一步所产生的电力大约只能支持一个60瓦的灯泡闪一下,但是如果收集28527步产生的能量,就足以推动一辆火车移动一秒。
核电站不会像原子弹那样发生爆炸
  核燃料中有效成分是铀-235,铀-235同样也是原子弹中的核炸药,那么核电站会不会像原子弹那样爆炸呢?不必担心,绝没有这种可能性!核燃料中铀-235的含量约为3%,而核炸药中的铀-235含量高达90%以上,正像啤酒和白酒都含有酒精,白酒因酒精含量高可以点燃,而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。原子弹同样是一项高技术产品,形成核爆炸有非常严格的条件。原子弹必须用高浓度的铀-235或钚-239作核装料,以一套精密复杂的系统引爆高能烈性炸药,利用爆炸力在瞬间精确地改变核装料的形状或位置,才能形成不可控的链式裂变反应,发生核爆炸。这种苛刻的条件,在核电站里是不可能有的。 压水型反应堆具有设计所赋予的内在安全的特性。更何况核反应堆还有多重的安全保护系统,确保反应堆不会失控。
1. 下列实例中,动能转化为势能的是 ( )
A. 竖直上抛的正在上升的小球.
B. 上紧发条的玩具汽车汽车正在行驶.
C. 从高处下落的石块.
D. 从斜槽上滚下的小球.
A
课堂练习
2.苹果从树上掉下时,速度越来越大,下列说法正确的是( )
A.高度转变成了速度
B.苹果的能量增加
C.势能转变成了动能
D.苹果的机械能不变
C
课堂练习
3.相同的弹簧伸长量越大,弹簧的弹性势能越大,在同一个弹簧秤下分别挂5N和3N的物体时,弹簧秤上弹簧具有的弹性势能( )
A.两次具有相同的弹性势能
B.第一次比第二次的弹性势能大
C.第一次比第二次的弹性势能小
D.无法比较其大小
B
课堂练习
4. 以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况.这个例子中是否存在着能的总量保持不变?
竖直上抛运动的小球,首先由动能转化为势能,达到最高点时,动能为零,势能最大,在下落时,势能逐渐减小,动能逐渐增大,势能又转化为动能.在小球运动的过程中,小球的机械能总量保持不变.
课堂练习
5.在伽利略的斜面实验中,如果空气阻力和摩擦阻力不能忽略不计,则下列说法正确的是( )
A 动能和势能之和仍然守恒
B 动能和势能之和将增大
C 动能和势能之和将逐渐减小,但总能量还是守恒
D 以上说法均不正确
课堂练习
C
6. 将一物体从粗糙斜面上滑下来,最终停到水平面上,这一过程中的能量转化?
课堂练习
7、下图表示撑杆跳运动的几个阶段:助跑、撑杆起跳、越横杆.试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况.
分析:运动员
的助跑阶段,身体
中的化学能转化为
人和杆的动能;
起跳时,运动
员的动能和身体中
的化学能转化为人的重力势能,使人体上升至横杆以上;
越过横杆后,运动员的重力势能转化为动能.
答案 化学能→动能→重力势能→动能