2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：6.1能量的多种形式6.2 能量的转化与守恒74张PPT

第6章　能源与可持续发展
第1节　能量的多种形式
第2节　能量的转化与守恒
新 课 程 标 准
学 业 质 量 目 标
1.了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。初步了解核裂变与核聚变。
2.了解可再生能源和不可再生能源的分类。
3.知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的。
4.认识能源的过度开发和利用对环境的影响。
合格性考试
1.了解能量的多种形式,能在实际问题中解决有关问题。
2.了解可再生能源与不可再生能源的分类方式,具有节约能源、保护环境的行为。
3.了解能量守恒定律,知道能量的转化与转移。
选择性考试
1.知道能量的多种形式,综合应用所学的物理知识解决实际问题。
2.能对能源的使用和环境保护问题构建模型,进行研究,具有节约能源、保护环境的责任感。
3.理解能量守恒定律,能用能量守恒定律分析相关事实或结论。
一、能量的多种形式
【思考】
如图所示是贵州第一胜景——黄果树大瀑布,中国第
一大瀑布,也是世界上最阔大壮观的瀑布之一。瀑布
中的水具有哪几种机械能?
提示:瀑布中流动的水同时具有重力势能和动能。
1.机械能:包括动能、_________、弹性势能。
2.内能:一切物体都有内能,同一物体温度越高,具有的内能_____。
3.电能:指电以各种形式_____的能力。
4.光能:光具有的_____。
5.化学能:储存在_____或燃料等物质中的能量。
6.核能:物质的原子核结构_________而释放的能量。
重力势能
越大
做功
能量
食物
发生变化
二、可再生能源与不可再生能源
【情境思考】
如图所示是我国能源结构的统计图。请总结出
我国能源结构或能源现状的规律,并提出解决这种现状的合理化建议。
提示:我国的能源结构主要以煤为主;我国的能源消耗中,不可再生能源占据的
比例过大,结构不合理;我国能源消耗中可再生能源的比例过小。建议:节能降
耗;开发新能源;开发可再生能源(如太阳能、风能等)。
1.能源的分类:
(1)一次能源:直接取自自然界,_______加工转换的能源。
(2)二次能源:由一次能源_____转化而成的能源。
2.再生能源:在自然界_______再生的能源。
3.不可再生能源:自然界中短期内_________的能源。
4.光转化为能:光电转换、_________和光化学能转换。
5.发电方式:风能发电、地热发电、___________、生物发电、核能发电、氢燃
烧发电等。
未经过
加工
可循环
无法再生
光热转换
海洋能发电
三、能量的转化与能量的守恒
【情境思考】
如图所示,下列运动中能量是如何转化的?

提示:瀑布中水的重力势能转化成动能;弓箭的弹性势能转化为动能;滑滑梯的小朋友的重力势能转化为动能。
1.能量守恒定律:在一个孤立系统里,能量既不能凭空_____,也不能凭空_____,
它只能从一种形式_____为其他形式,或者从一个物体_____到其他物体,在转化
或转移的过程中,能量的总量_________。
2.第一类永动机:不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。
3.下列叙述正确的是_____
①自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。
②永动机不可能制成。
③能量守恒过程,外力做功必为零。
产生
消失
转化
转移
保持不变
①②
【易错辨析】
(1)冬天烤火的时候,人们燃烧煤等燃料获得内能。 ( )
(2)流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对
外做功,因此都具有能量。 ( )
(3)运转的发电机产生电能,它是一次能源。 ( )
(4)风能、水能都是可再生能源。 ( )
(5)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒。 ( )
(6)技术足够发达后,永动机就可以制成。 ( )
√
√
×
√
√
×
知识点一　能源的类型与应用
1.能源的分类:
能源分
类方法
能源分
类名称
特点
举例
按形式
或转换
特点分
一次能源
自然形成,未经加工
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源
由一次能源经加工转化而成
焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用
技术分
常规能源
已大规模正常使用
煤、石油、天然气、水能
新能源
正在开发,或有新的利用方式
太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
提醒:同一种能源按照不同的分类方式属于不同的类别。
按可否
再生分
可再
生能源
可循环再生
水能、风能、生物质能、地热能
不可再
生能源
短期内无法转化获得
煤、石油、天然气、核燃料
按对环
境污染
情况分
清洁能源
对环境基本上没有污染
太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源
会严重污染环境
化石燃料(煤、石油、天然气)
2.常规能源和新能源的转化途径:
提醒:不同形式的能量可以转化为同一种形式的能量,某种能量通过不同的方式可以转化为多种不同形式的能量。
【问题探究】
能源的开发和利用存在哪些有利与不利?
提示:(1)有利方面:能源的利用给人类的生活带来了极大的改善,人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命,都与新的能源和动力机械的利用密切相关,能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。
(2)不利方面:能源的大量使用会给环境带来极大的破坏,如大气污染、温室效应、酸雨等,对人类造成很大的危害。
【典例示范】
【典例】(多选)下列关于能源的说法正确的是 (　　)
A.一切能源是取之不尽,用之不竭的
B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
【解析】选B、C。尽管能量守恒,但耗散的内能无法重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,选项A错误,B正确;常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大,选项C正确,D错误。
【素养训练】
1.下列物质是能源的是 (　　)

【解析】选C。铁块不能直接给人类生活提供能量,选项A错误;花岗岩不能向自然界提供能量,选项B错误;人类可以利用太阳能发电、取热,为人类生活提供能量,选项C正确;沙漠中的沙不能直接给人类生活提供能量,选项D错误。
2.关于能的概念,下列说法正确的是 (　　)
A.用线悬挂着的物体,它没有做功,它不具有机械能
B.在空中飞行的子弹,因为它能做功,所以它具有机械能
C.甲物体的运动速度比乙物体的大,则甲物体的动能一定比乙物体的大
D.甲物体的高度比乙物体的高度大,则甲物体的势能一定比乙物体的大
【解析】选B。用线悬挂着的物体,由于被举高而具有做功的本领,它具有重力势能;重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的,被举得越高的物体具有的重力势能不一定越大;物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的,速度大的物体动能不一定大,故选项B正确,A、C、D错误。
【加固训练】(多选)能源短缺和环境恶化指的是 (　　)
A.煤炭和石油的开采与技术有关,在当前技术条件下,煤炭和石油的开采是有限
度的,这叫能源短缺
B.煤炭和石油资源是有限的,以今天的开采和消耗速度,石油储量将在百年内用
尽,煤炭资源也不可能永续,这叫能源短缺
C.煤炭和石油具有大量的气味,在开采、存放和使用过程中,这些气味会聚存在
空气中污染空气,使环境恶化
D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气,改变了大气的成
分,使环境恶化
【解析】选B、D。能源短缺是指能源的有限性,指煤炭和石油的储量是有限的,若储量无限,技术落后现阶段开采不出来,将来总可以开采出来。因此,能源短缺的本意是B而不是A;环境恶化的本意是指空气环境成分的变化,煤炭和石油在燃烧时与空气中氧气发生反应,改变了大气成分,因此,对环境恶化的说法D正确而C错误。
知识点二　能量的转化与守恒
1.能量守恒定律的重要意义:
(1)能量守恒定律是普遍适用的,对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。
(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。
(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即不需要任何动力和燃料,却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2.能量转化或转移的判断:

3.表达式:
(1)E初=E末,初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。
(2)ΔE增=ΔE减,能量的增加量等于能量的减少量。
【问题探索】
近几年流行一种“自发电电动车”(如图所示),基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗?
提示:仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。
【典例示范】
【典例】关于下列现象中的能量转化的说法正确的是 (　　)
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,是机
械能转化为内能
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,是电能转化为
机械能
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,是化学能转化为内能
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,是电能
转化为机械能
【解析】选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,选项A正确;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,选项B错误;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,选项C错误;柴油的化学能转化为柴油机的机械能,再转化为发电机的电能,电能又通过电动水泵转化为水泵的机械能,选项D错误。
【规律方法】能量转化与守恒的应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程。
(2)明确该过程中,哪些形式的能量在变化。
(3)确定参与转化的能量中,哪些能量增加,哪些能量减少。
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。
【素养训练】
1.韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪
空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功
1 900 J,他克服阻力做功100 J。韩晓鹏在此过程中 (　　)
A.动能增加了1 900 J
B.动能增加了2 000 J
C.重力势能减小了1 900 J
D.重力势能减小了2 000 J
【解析】选C。根据动能定理,合外力做的功等于物体动能的变化量,重力对他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J,即阻力对他做功为-100 J,则外力对他所做的总功为1 900 J-100 J=1 800 J,是正功,他的动能增加了1 800 J,A、B错误;重力做的功等于重力势能的减少量,重力对他做功为1 900 J,是正功,则重力势能减小了1 900 J,C正确,D错误。
2.如图所示,一小球从光滑圆弧轨道顶端由静止开始下滑,进入光滑水平面又压缩弹簧,在此过程中,小球重力势能和动能的最大值分别为Ep和Ek,弹簧弹性势能的最大值为Ep′,则它们之间的关系为(以水平面为零势能面)(　　)
A.Ep=Ek=Ep′　　　　　B.Ep>Ek>Ep′
C.Ep=Ek+Ep′ D.Ep+Ek=Ep′
【解析】选A。由能量守恒可知,小球沿光滑圆弧轨道顶端由静止下滑到光滑水平面的过程中,重力势能转化为动能,故Ep=Ek,小球压缩弹簧过程中动能转化为弹性势能,Ek=Ep′,则A正确,B、C、D错误。
【加固训练】
下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是 (　　)
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
【解析】选D。根据能量守恒定律得知,某种形式的能减少,其他形式的能一定增加;某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加,A、B正确;不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机,违反了能量转化和守恒定律,不可能制成,C正确;石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能,能量并没有消失,故D错误。
3.(多选)如图所示,楔形木块固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水
平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m(M>m)的滑块,通过
不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后,沿
斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程
中 (　　)
A.两滑块组成的系统机械能守恒
B.重力对M做的功等于M动能的增加量
C.轻绳对m做的功等于m机械能的增加量
D.两滑块组成的系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功
【解析】选C、D。由于M与ab面之间存在滑动摩擦力,故两滑块组成的系统机械能不守恒,选项A错误;合外力对M做的功等于M动能的增加量,选项B错误;对于m,除了重力对其做功外,只有轻绳对其做功,故轻绳对m做的功等于m机械能的增加量,选项C正确;对于两滑块组成的系统,在运动过程中克服摩擦阻力做功,系统的机械能转化为内能,故该系统机械能的损失等于M克服摩擦力做的功,选项D正确。
【拓展例题】考查内容:节约能源的措施
【典例】节约能源的主要措施是 (　　)
A.大力开发新能源
B.大量利用太阳能、地热能
C.大量利用风能、水能
D.采用新技术、新设备,更新改造落后的技术设备
【解析】选D。在能源的利用中,虽然能量守恒,但可以有效利用的能量只占其中一部分,另外的一部分未被利用而散失了。因此,提高能源的利用率,节约能源是一个关系国民经济发展的重大问题,而提高能源利用率,节约能源,离不开科学技术的进步。采用新技术、新设备,更新改造落后的技术设备将是节能的主要措施。故选项D正确,A、B、C错误。
情境·模型·素养
【生活情境】
据《中国环境报》报道:一份科技攻关课题研究结果显示,我国酸雨区已占国土面积的40%以上,研究结果还表明,我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元。为了有效控制酸雨,目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。
探究:
(1)在英国进行的一项研究结果表明:高烟囱可有效地降低地面SO2浓度。在20世纪的60～70年代的10年间,由发电厂排放的SO2增加了35%,但由于建造高烟囱的结果,地面浓度降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度,分析这种做法是否可取?并说明理由。
(2)用传统的煤、石油作燃料,其主要缺点是什么?H2与用传统的煤、石油作燃料相比,哪种物质可以作为新能源?主要优点是什么,缺点又是什么?
【解析】(1)不可取,因为SO2的排放总量并没有减少,只是污染的区域增大,局部的SO2的浓度降低,进一步形成的酸雨仍会对全球造成危害。
(2)煤、石油是不易再生的化石燃料,其资源是有限的,其次燃烧后产生的SO2、氮氧化物等严重污染大气,进而形成酸雨,燃烧后产生的CO2又会造成温室效应。
H2可以作为新能源,其优点是:
第一,H2可以用水作为原料来制取;第二,H2燃烧时放热多,放出的热量约为同质量汽油的3倍;第三,氢燃料的最大优点是燃烧产物为水,不易污染环境,还可循环使用。
其缺点是H2的制取成本比较高,且不便于储存,泄漏的氢气可能对臭氧层有破坏作用。
答案:见解析
【生产情境】
如图所示是位于中国湖北省宜昌市三斗坪镇境内的三峡大坝,三峡大坝年发电量超过1 000亿千瓦时,是当今世界上最大的水利发电工程。

探究:
(1)三峡大坝发电过程中涉及哪些能量转化?
(2)能将水的全部动能转化为电能吗?
【解析】(1)涉及的能量转化有水的重力势能转化为水的动能,水的动能转化为电能,发电机转动过程中还将部分动能转化为内能。
(2)在发电过程中会将部分动能转化为内能,因此不能全部转化为电能。
答案:见解析
1.(教材二次开发·P162【节练习】T1变式)如图所示,撑竿跳高是运动会中常
见的比赛项目,用于撑起运动员的竿要求具有很好的弹性。关于运动员从竿触
地开始到竿竖直的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.竿的弹性势能一直增大
B.竿的弹性势能先增大后减小
C.运动员的重力势能先增大后减小
D.以上说法均错误
课堂检测·素养达标
【解析】选B。在上升过程中,竿先在运动员的压力作用下由直变弯,动能转化为竿的弹性势能,然后竿再由弯变直,弹性势能又转化为重力势能,所以竿的弹性势能先增大后减小;运动员的高度不断上升,重力势能一直增大,故选项B正确,A、C、D错误。
2.下列关于能量转化的说法中正确的是 (　　)
A.电灯主要是将电能转化为机械能
B.电风扇主要是将电能转化为化学能
C.电热水器主要是将电能转化为机械能
D.太阳能热水器主要是将太阳能转化为内能
【解析】选D。电灯工作时,将电能转化为内能,故A错误;电风扇工作时,消耗电能,主要将电能转化为机械能,故B错误;电热水器工作时,将电能转化为内能,故C错误;太阳能热水器工作时,将太阳能转化为内能,故D正确。
3.关于能源的开发和利用,下列观点不正确的是　 (　　)
A.能源是有限的,无节制地使用常规能源,是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源的开发和利用,必须同时考虑其对生态环境的影响
D.不断开发新能源,是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
【解析】选B。在能源的利用过程中,虽然能量的总量并未减少,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。所以,我们要节约能源,保护环境。
4.如图所示,一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速下滑,其能量的变化情况
是 (　　)
A.重力势能减小,动能不变,机械能减小,总能量减小
B.重力势能减小,动能增加,机械能减小,总能量不变
C.重力势能减小,动能增加,机械能增加,总能量增加
D.重力势能减小,动能增加,机械能守恒,总能量不变
【解析】选B。由能量守恒定律可知,小孩在下滑过程中总能量守恒,故A、C错误;由于摩擦力要做负功,机械能不守恒,故D错误;下滑过程中重力势能向动能和内能转化,故B正确。
【加固训练】
游乐场中的一种滑梯如图所示。小朋友从轨道顶端由静止开始下滑,沿水平轨道滑动了一段距离后停下来,则 (　　)
A.下滑过程中支持力对小朋友做功
B.下滑过程中小朋友的重力势能增加
C.整个运动过程中小朋友的机械能守恒
D.在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功
【解析】选D。在滑动的过程中,小朋友受三个力,重力、支持力、摩擦力,重力做正功,重力势能减少,B错;支持力不做功,摩擦力做负功,所以机械能不守恒,A、C皆错,D正确。
5.如图所示是利用潮汐发电的示意图,左方为陆地和海湾,中间的水坝下有通道,水经通道可带动发电机。涨潮时,水进入海湾,待内外水面高度相同,堵住通道,如图甲所示。潮落至最低时放水发电,如图乙所示。待内外水面高度相同,再堵住通道,直至下次涨潮到最高点,又放水发电,如图丙。设海湾平均面积为S=5.0×108 m2,高潮与低潮间高度差为h=3.0 m,求一天内水流的平均功率。(g取10 m/s2,海水密度取1.0×103 kg/m3)
【解析】潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能。
每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的质量为
m=ρV=ρSh=1.0×103×5.0×108×3.0 kg=1.5×1012kg。
其重心的高度变化h′= =1.5 m。一天内海水两进两出,故水流功率为
P= W≈1.0×109 W。
答案:1.0×109 W
课时素养评价
二十　能量的多种形式　能量的转化与守恒
【合格性考试】(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下列关于能源的说法正确的是 (　　)
A.石油、天然气、核能都是新能源
B.新能源是指新开采出来的能源
C.一次能源是直接来源于自然界的能源
D.石油是可再生能源
【解析】选C。石油、天然气属于常规能源,不是新能源,故A错误;新能源是指新近才开始使用的能源,故B错误;一次能源是直接来自自然界而未经加工转化的能源,如石油,故C正确;石油属于化石能源,不可再生,故D错误。
2.下列说法中正确的是 (　　)
A.随着科技的发展,永动机是可以制成的
B.某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加
C.能量耗散表明,在能量的转化过程中能的总量逐渐减少
D.不用电池,也不用上发条的“全自动”手表,说明能量可以凭空产生
【解析】选B。永动机违背了能量守恒定律,是不可能制造成功的,故A错误;根据能量守恒定律,某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,故B正确;能量耗散表明,能量的总量虽然守恒,但其转化和转移具有方向性,故C错误;能量是不可能凭空产生的,故D错误。
3.关于“节约能源”,下面的说法中正确的是 (　　)
A.浪费能源,只是浪费个人的金钱,所以节约能源是毫无意义的
B.浪费能源,只是浪费个人的金钱,对整个社会和自然界来讲,反正能量是守恒的,所以就社会而言,节约能源毫无意义
C.自然界中人类能利用的资源有限,且能源的利用过程对环境有污染,所以“节约能源”对人类社会发展有很大的影响
D.上述说法都是错误的
【解析】选C。能量是守恒的,但人类能应用的能源是有限的,若能源减少,个人钱再多也无法买到能源,故A错误;由于人类能利用的能源非常有限,节约能源不仅能使我们长久利用,并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染等,故“节约能源”对人类社会发展有很大的影响;故C正确,B、D错误。
4.如图所示,一个粗细均匀的U形管内装有同种液体,液体质量为m。在管口右
端用盖板A密闭,两边液面高度差为h,U形管内液体的总长度为4h,先拿去盖板,
液体开始运动,由于管壁的阻力作用,最终管内液体停止运动,则该过程中产生
的内能为 (　　)
A. mgh　　　　　　 B. mgh
C. mgh D. mgh
【解析】选A。去掉右侧盖板之后,液体向左侧流动,最终两侧液面相平,液体
的重力势能减少,减少的重力势能转化为内能。如图所示,最终状态可等效为
右侧 h的液柱移到左侧管中,即增加的内能等于该液柱减少的重力势能,则
Q= mg· h= mgh,则A正确,B、C、D错误。
　【加固训练】
　　足够长的传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物体A由静止轻放于传
送带上,若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当物体与传送带
相对静止时,转化为内能的能量为 (　　)
A.mv2　　 B.2mv2　　 C. mv2　　 D. mv2
【解析】选D。物体A被放于传送带上即做匀加速直线运动,加速度a= =μg,
匀加速过程前进的距离x1= = 。该时间内传送带前进的距离x2=vt=
v· 。所以物体相对传送带滑动距离Δx=x2-x1= 。故产生的内能
Q=μmg·Δx=μmg· = mv2,则D正确,A、B、C错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单
位)
5.风能是一种很好的再生能源,而且对环境的污染较小,近年来我国在西北地
区,建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景。通过风轮机一个叶
片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知:空气的密度为ρ,风轮
机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机输出的电功率为P,求此过程中:
(1)单位时间内每台风力发电机获得风能的表达式;
(2)风力发电机利用风能的效率表达式。
【解析】(1)由能量转化和守恒定律可知
=P总t ①
而m=πr2v0tρ ②
把②代入①解得P总= πr2ρ 。
(2)η= 。
答案:(1) πr2ρ 　(2)
【选择性考试】(10分钟·20分)
6.(6分)(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
【解析】选A、D。这四个现象物体运动过程中都受到阻力作用,汽车主要受摩擦阻力,流星、降落伞受空气阻力,条形磁铁下落受磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A正确;四个物体的运动过程中,汽车是动能转化成了内能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能,总之机械能转化成了其他形式的能,D正确。
7.(14分)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长木块右端,小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ,当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止,此时长木块对水平面的位移为l,求这个过程中:
(1)小铁块增加的动能;
(2)长木块减少的动能;
(3)系统机械能的减少量;
(4)系统产生的热量。
【解析】
画出这一过程两物体位移示意图,如图所示。
(1)根据动能定理得
μmg(l-L)=ΔEk,即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功。
(2)摩擦力对长木块做负功,根据功能关系得ΔEkM=-μmgl,即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl。
(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE=μmgL。
(4)m、M之间相对滑动的位移为L,根据能量守恒定律,有Q=μmgL,即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量,也等于系统减少的机械能。
答案:(1)μmg(l-L)　(2)μmgl　(3)μmgL
(4)μmgL