热力学第一定律 能量守恒定律.docx

热力学第一定律 能量守恒定律热力学第肯定律教案 热力学第肯定律教案 授课题目(教学章节或主题): 其次章热力学第肯定律 授课类型 专业必修课 授课时间 教材分析: 本章讲解并描述热力学第肯定律,热和功的规定和计算方法,焓的定义以及反应热的计算等,属于热力学理论的基本内容之一,对于学习后边的热力学理论具有重要的意义. 教学目的与要求: 通过本章的教学使学生初步了解热力学方法及其基本特点，驾驭状态、状态函数、可逆过程等基本概念，理解状态函数的性质，理解热力学第肯定律并能对物理化学过程(状态改变、相改变、化学反应等)进行有关计算。 重点与难点: 热力学的基本概念，状态函数的意义及其数学特性，焓的定义和意义，可逆过程及其意义，应用热力学第肯定律计算物理化学过程的U、H、Q和W。应用fHm(B)、cHm(B)计算反应热效应。盖斯定律和基尔霍夫定律应用。卡诺循环 教学内容与过程（设想、方法、手段）: 热力学的基本概念，热、功、热力学能之间的区分与联系，状态函数的意义及其数学特性，焓的定义和意义，可逆过程及其意义，应用热力学第肯定律计算物理化学过程的U、H、Q和W，应用fHm(B)、cHm(B)计算反应热效应，驾驭盖斯定律和基尔霍夫定律应用，卡诺循环的意义及志向气体在诸过程的热和功的计算。 思索题、探讨题、作业 1课后全部复习题 2作业题：2，5，6，9，12，16，19，20，23，26，31。 参考资料(含参考书、文献等) 胡英主编，物理化学 天津高校主编，物理化学 大连理工高校主编，物理化学 各种习题解题辅导书 课后所列各种参考读物 能量守恒定律与能源(新课标) 中学物理课堂教学教案年月日课题§5.10能量守恒定律与能源课型新授课（2课时）教学目标学问与技能理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散过程与方法通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的准确含义情感，看法与价值观1用能量的观点分析问题应当深化学生的心中，因为这是最本质的分析方法2感知我们四周能源的耗散，树立节能意识教学重点、难点教学重点1能量守恒定律的内容2应用能量守恒定律解决问题教学难点1理解能量守恒定律的准确含义2能量转化的方向性教学方法探究、讲授、探讨、练习教学手段教具打算投影仪、教学录像或课件、玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块教学活动新课导入师：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式我们还知道不同量之间是可以相互转化的，请举几个能量转化的例子生1：电灯能够发光是因为电能转化为了光能师：当电灯发光的同时还能感觉到电灯是热的，说明什么问题呢?生1：说明在电能转化为光能的同时还产生了热能生2：我举一个例子，当两个物体相互摩擦的时候，它们的温度会上升，这个过程中机械能转化为内能生3：在火箭放射的时候，推动剂燃烧产生的化学能转化为火箭的机械能生4：汽车在行驶过程中，汽车内燃机产生的化学能转化为汽车的机械能师：刚才同学们分析得都很好，看起来自然界除了我们在上几节学过的机械能之外，还有各种各样的能量，机械能守恒定律成立的条件是什么?生：机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功师：我们看一下下面几种状况下物体所处的系统机械能是否守恒新课教学一、能量守恒定律(演示试验1：在一个玻璃容器内放人沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中)师：大家看这样一个问题：小球运动过程中机械能是否守恒?请说出小球运动过程中能量的转化状况生：小球在运动过程中机械能不守恒，依据机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功，在小球下落的过程中，除了受到的重力做功之外，还有沙子对它做功，沙子对铁球做负功，铁球在下落过程中机械能是削减的师：从这个问题中我们可以得到什么结论?生：外力(除了重力和弹力之外的力)对系统做负功，系统的机械能削减演示试验2：用手提一个物体匀速上升，让学生分析机械能的改变状况(物体可以是身边的物体，例如黑板擦、课本等等)师：这个物体在运动过程中机械能是否守恒，假如不守恒，缘由是什么，机械能是怎样改变的?生：这个物体在运动过程中机械能不守恒，缘由是不符合机械能守恒定律成立的条件，有外力对物体做了功，这个力是人对物体向上的拉力在运动过程中，物体动能没有发生改变，而物体的重力势能增加了，所以系统的机械能是增加的师：我们可以得出什么结论?生：当外力(除了重力或弹力以外的力)对物体做正功，物体的机械能增加，物体机械能的增加量等于外力对物体做的功师：从这两个例子中我们能够得出什么结论?生：物体所处的系统机械能守恒是有条件的，当外力对物体做功时，系统的机械能不守恒，此时外力对系统做的功等于系统机械能的改变师：这里的外力是指的什么?生：这里的外力是指的除了物体本身重力和弹力之外的力师：这个结论叫做功能原理从这两个例子中我们可以看到，机械能守恒定律并不是自然界中最基本的守恒定律，当涉及到多个能量之间的相互转化时，我们应当怎样探讨这些能量之间的关系呢?师：下面大家阅读28页中有关能量守恒定律建立的过程，回答相应的问题(学生阅读课本，总结能量守恒定律的表达方式)师：导致能量守恒定律最终确立的两类重要事实是什么?生：导致能量守恒定律最终确立的两类重要事实是确立了永动机的不行能性和发觉了各种自然现象之间的相互联系与转化师：能量守恒定律的内容是什么?生：能量既不会歼灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变师：能量守恒定律是一个人发觉的吗?生：能量守恒定律不是一个人发觉的，到了19世纪40年头前后科学界已经形成一种思想氛围，即用联系的观点去视察自然，各种不同能量可以相互转化，这预示着，到了把分立环节连成一体的时候了，也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独立提出了能量守恒定律的内容：能量既不会歼灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外一个物体而在转化和转移的过程中能量的总和保持不变师：看起来能量守恒定律是人类进步的一个必定的结果，那么对能量守恒定律作出贡献比较大的科学家是谁呢?生：对能量守恒定律贡献比较大的科学家有：德国物理学家和医生迈尔，英国物理学家焦耳，德国物理和生理学家女姆霍兹等人师：现在看一个科教片：能量守恒定律的建立过程(多媒体播放能量守恒定律的建立过程)(参考案例)能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的，从16世纪到18世纪经过伽利略、牛顿，惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等很多物理学家的仔细探讨，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想，在这一时期已经萌发18世纪末和19世纪初，各种自然现象之间联系相继被发觉伦福德和戴维的摩擦生热试验否定了热质说把物体内能的改变与机械运动联系起来1800年独创伏打电池之后不久，又发觉了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象这一时期，电流的化学效应也被发觉，并被用来进行电镀在生物学界，证明白动物维持体温柔进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就，为建立能量守恒定律作了必要的打算能量守恒定律的最终确定，是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和荄姆霍兹等人完成德国医生迈尔是从生理学的角度起先对能量进行探讨的1842年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念动身表达了对能量转化和守恒思想，他分析了25种能量的转化和守恒现象，成为世界上最先阐述能量守恒思想的人英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里探讨了电流的热效应，压缩空气的温度上升以及电、化学和机械作用之间的联系，做了400多次试验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发觉奠定了坚实的试验基础在1847年，当焦耳宜布他的能量观点的时候，德国学者荄姆霍兹在柏林也宜读了同样课题的论文在这篇论文里，他分析了化学能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机不行能制造胜利联系起采，他认为不行能无中生有地创建一个永久的推动力，机器只能转化能量，不能创建和歼灭能量女姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清楚、全面而且概括的论述，使这肯定律为人们广泛接受在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒地探讨他们从不同的角度动身，彼此独立地探讨，却几乎同耐发觉了这一宏大的定律因此，能量守恒定律的发觉是科学发展的必定结果此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生改变或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统：在转化和传递中总能量始终不变恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“宏大的运动基本规律”，认为它的发觉是19世纪自然科学的三大发觉之一(另两个发觉是细胞学说，达尔文的生物进化论)师：通过学习能量守恒定律，你受到了什么启示?生：能量守恒定律的建立过程，是人类相识自然的一次重大的飞跃，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、最牢靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式和谐美是科学的魅力所在师：这位同学总结得很好，美是无处不在的，物理学中更是到处存在着美，希望同学们在学习中留意发觉，留意体会，这样我们的学习将会更加的丰富多彩课堂训练下列对能的转化和守恒定律的相识正确的是()A。某种形式的能削减，肯定存在其他形式的能增加B。某个物体的能削减必定有其他物体的能增加C。不须要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不行能制成的D。石子从空中落下，最终惨止在地面上，说明机械能消逝了解析；能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移不须要任何外界动力而持续对外做功的机器是违反能量守恒定律的，是恒久不行能制成的机械能转化成了其他形式的能量而不能消逝，能量是不会消逝的A选项是指不同形式的能量间在转化，转化过程中是守恒的B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中是守恒的这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移任何永动机都是不行能制成的，它违反了能量守恒定律，所以ABC正确D选项中石子的机械能在改变，比如受空气阻力作用，机械能可能要削减，但机械能并没有消逝，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消逝故D是错的说明：此题考查能量守恒定律的理解，以及对水动机的相识，凡是违反能量守恒定律的永动机是恒久不能制成的二、能源和能量耗散师：大家下面思索这样一个问题：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源带着这个问题大家阅读课本第28页到29页有关能量和能量耗散的内容，回答相关问题(学生阅读教材，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；人类在利用能源的同时也对环境造成了严峻污染)师：什么是能量耗散?生：然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质汲取后变为四周环境的内能，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师：能量耗散与能量守恒是否冲突，该怎样理解?生：能量耗散和能量守恒并不冲突，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有削减但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了师：这说明什么问题?生：这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性师：我们为什么要节约能源呢?生：正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的生：节约能源同时开发可再生能源师：通过下面材料的阅读。加深你对能源的理解(多媒体播放世界能源的解决途径)(参考案例)世界能源问题的解决途径是什么?能源，是人类敕以生存和进行生产的不行缺少的资源近年来，随着生产力的发展和能源消费的增长能源问题已被列为世界上探讨的重大问题之一解决世界能源问题的根本途径，主要有两个方面：其一是广泛开源，其二是仔细节流所谓开源，就是主动开发和利用各种能源在接着加紧石油勘探和找寻新的石油产地的同时，主动开发丰富的煤炭资源，还要大力开发水能，生物能等常规能源，加强核能、太阳能，风能、沼气，海洋能，地热能以及其他各种新能源的探讨和利用，从而不断扩大人类的能源资源的种类和来源所谓节流，就是要大力提倡节约能源节能是世界上很多国家关切和探讨的重要课题，甚至有人把节能称为世界的“第五大能源”，与煤、石油和自然气、水能、核能等并列在节能方面，在有安排地限制人口增长的同时，重点要发挥先进科学技术的优势，提高各国的能源利用效率假如世界各国家和各地区都能改进各种用能设备，不断提高能源的质量标准和降低单位产品的能耗，加强科学管理，适当限制生活能源的合理运用，就能使能源更加有效地用于生产和生活之中，从而解决人类面临的能源问题小结新课程更多地与社会实际相联系，激励学生提出问题本节“思索与探讨”对能源问题做了探讨，这是一个质疑的范例它引导我们考虑能量转化和转移的方向性从物理学的角度探讨宏观过程的方向性，在现阶段只需用一些简洁的实例，让学生初步地体会一下就可以了例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不行能全部转化为机械功在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会匀称地混合到一起，但不会再自发地分别开来通过实例说明在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人干脆利用的能在渐渐削减，这是能量耗散现象所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源对功能关系的理解例1一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面对下拉小滑块，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（肯定值）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，小滑块的动能的变更（指末态动能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的变更等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的变更等于多少？解析：依据动能定理，动能的变更等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功（因弹力不做功，事实上为摩擦阻力的功），因此Ek=A-B+C-D；依据重力做功与重力势能的关系，重力势能的削减等于重力做的功，因此Ep=-C；滑块机械能的变更等于重力之外的其他力做的功，因此E=ABD学生活动 作业布置作业教材第30页问题与练习，1，2板书设计10能量守恒定律与能源一、能量守恒定律1内容：能量既不会歼灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变2建立过程二、能源和能量耗散1内容：能量转化具有方向性2节约能源的重要意义 教学后记思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参加学问的发觉过程是培育学生实力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素养的培育就成了镜中花，水中月。 高一物理能量守恒定律第3节能量守恒定律从容说课本节课的设计，教材接着沿用了前几节的课程模式，先由生活中的实例引出探讨问题，然后用试验加以证明，让学生接受这个物理事实.接着再从理论上推导、证明，从而得出结论.这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手，引出动能和重力势能在此过程中是在相互转化的.接着通过试验来证明这个转化过程中的守恒结论.最终提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律.机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的相识，这是能够用该定律解决力学问题的基础.各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中，是物理学的基本规律之一.能量守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学学问的进一步综合和绽开的重要基础.所以这一节学问是本章重要的一节.机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生驾驭物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能.分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、推断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一.在教学中应让学生相识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的改变量是与所选取的参考平面无关的.在探讨物体系统的机械能时，应先确定参考平面.教学重点1.理解机械能守恒定律的内容；2.在详细的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式；3.理解能量转化和守恒定律.教学难点1.从能的转化和功能关系动身理解机械能守恒的条件；2.能正确推断探讨对象在所经验的过程中机械能是否守恒.教具打算自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子.课时支配1课时三维目标一、学问与技能1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；2.理解机械能守恒定律的内容；3.在详细问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式；4.理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子.二、过程与方法1.初步学会从能量转化和守恒的观点说明现象、分析问题；2.通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的探讨方法.三、情感看法与价值观1.通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题；2.通过试验验证，体会学习的欢乐，激发学习的爱好；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观.培育学生的视察和实践实力，培育学生实事求是的科学看法.教学过程导入新课试验演示动能与势能的相互转化老师活动：演示试验1：如下图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做试验.把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到肯定高度的A点，然后放开，小球在摇摆过程中，重力势能和动能相互转化.我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点，如图甲.假如用尺子在某一点拦住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到另一侧时，也能达到跟A点相同的高度，如图乙.问题：这个小试验中，小球的受力状况如何？各个力的做功状况如何？这个小试验说明白什么？学生活动：视察演示试验，思索问题，选出代表发表见解.小球在摇摆过程中受重力和绳的拉力作用.拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球做功.试验表明，小球在摇摆过程中重力势能和动能在不断转化.在摇摆过程中，小球总能回到原来的高度.可见，重力势能和动能的总和，即机械能应当保持不变.老师活动：演示试验2：如图，水平方向的弹簧振子.用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化.问题：这个试验中，小球的受力状况如何？各个力的做功状况如何？这个试验说明白什么？学生活动：视察演示试验，思索问题，选出代表发表见解.小球在往复运动过程中，竖直方向上受重力和杆的支持力作用，水平方向上受弹力作用.重力、支持力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有弹簧的弹力对小球做功.试验表明，小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化.小球在往复运动过程中总能回到原来的位置，可见，弹性势能和动能的总和，即机械能应当保持不变.老师活动：总结、过渡：通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的和是否真的保持不变？下面我们就用试验来探究这个问题.推动新课一、机械能的转化和守恒的试验探究在学生起先做试验之前，老师应强调如下几个问题：1.该试验中选取被打点纸带应留意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零.怎样判别呢？2.是否须要测量重物的质量？3.在架设打点计时器时应留意什么？为什么？4.试验时，接通电源和释放纸带的依次怎样？为什么？5.测量下落高度时，某同学认为都必需从起始点算起，不能弄错.他的看法正确吗？为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？学生活动：思索老师的问题，探讨、沟通，选出代表发表见解.1.因为打点计时器每隔0.02s打点一次，在最初的0.02s内物体下落距离应为0.002m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t=0.02s.2.因为不须要知道物体在某点动能和势能的详细数值，所以不必测量物体的质量m，而只需验证就行了.3.打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量削减重物带着纸带下落时所受到的阻力作用.4.必需先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落.5.这个同学的看法是正确的.为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好.老师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难.学生活动：学生进行分组试验.数据处理：明确本试验中要解决的问题即探讨动能与重力势能的转化与守恒.在右图中，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作零势能面，下落过程中随意两点A和B的机械能分别为：,假如忽视空气阻力，物体下落过程中假如动能的变更量等于势能的变更量，于是有Ea=Eb,即上式亦可写成该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的削减.假如试验证明等式成立,说明物体重力势能的削减等于动能的增加.为了便利，可以干脆从起先下落的O点至随意一点（上图中A点）来进行探讨，这时应有：.式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度.1.如何求出A点的瞬时速度vA？依据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA.右图是竖直纸带由下而上实际打点后的状况.从O点起先依次取点1、2、3图中s1、s2、s3分别为02点，13点，24点各段间的距离.依据公式，t=2×0.02s（纸带上随意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s），可求出各段的平均速度.这些平均速度就等于1、2、3各点相对应的瞬时速度v1、v2、v3例如：量出02点间距离s1，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度v1,以此类推可求出点2、3处的瞬时速度v2、v3?2.如何确定重物下落的高度？上图中h1、h2、h3分别为纸带从O点下落的高度.依据以上数值可以计算出随意点的重力势能和动能，从而验证动能与重力势能的转化和守恒.二、机械能守恒定律机械能守恒定律的推导：老师活动：多媒体展示下列物理情景在自由落体运动中机械能守恒一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点（初位置）时速度为v1，下落到高度为h2的B点（末位置）时速度为v2.学生活动：思索并证明如右图所示，设一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点（初位置）时速度为v1，下落到高度为h2的B点（末位置）时速度为v2.在自由落体运动中，物体只受重力G=mg的作用，重力做正功.设重力所做的功为WG，则由动能定理可得上式表示，重力所做的功等于动能的增量.另一方面，由重力做功与重力势能的关系知道，WGmgh1-mgh2上式表示，重力所做的功等于重力势能的削减.由式和式可得.小结：在自由落体运动中，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能，移项后可得或者Ek1+Ep1=Ek2+Ep2上式表示，在自由落体运动中，动能和重力势能之和即总的机械能保持不变.【老师精讲】上述结论不仅对自由落体运动是正确的，可以证明，在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，上述结论都是正确的.所谓只有重力做功，是指：物体只受重力，不受其他的力，如自由落体运动和其他方向运动；或者除重力外还受其他的力，但其他力不做功，如物体沿光滑斜面的运动.在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变.这个结论叫做机械能守恒定律，它是力学中的一条重要定律，是更普遍的能量守恒定律的一种特别状况.不仅重力势能和动能可以相互转化，弹性势能和动能也可以相互转化.放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能.在弹性势能和动能的相互转化中，假如只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒.【方法引导】解决某些力学问题，从能量的观点来分析，应用机械能守恒定律求解，往往比较便利.应用机械能守恒定律解决力学问题，要分析物体的受力状况.在动能和重力势能的相互转化中，假如只有重力做功，就可以应用机械能守恒定律求解.【例题剖析】（一）机械能守恒条件的推断例1下列关于机械能是否守恒的叙述正确的是（）A.做匀速直线运动的物体机械能肯定守恒B.做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒C.合外力对物体做功为零时，机械能肯定守恒D.只有重力对物体做功，物体机械能肯定守恒解析：A.做匀速直线运动的物体，除了重力做功外，可能还有其他力做功，如着陆伞在空中匀速下降时，除了重力做功外，空气阻力也对着陆伞做功，所以机械能不守恒，不选.B.做匀变速直线运动的物体可能只受重力且只有重力做功，如自由落体运动，物体机械能守恒，应选.C.如着陆伞在空中匀速下降时合外力为零，合外力对物体做功为零，除重力做功外，空气阻力也做功，所以机械能不守恒，不选.D.符合机械能守恒的条件，应选.可见，对物体进行受力分析，确定各力做功状况是判定机械能是否守恒的一般程序.例2如图所示，斜面体置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是（）A.物体的重力势能削减，动能增大B.物体的重力势能完全转化为物体的动能C.物体的机械能削减D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒解析：由于斜面体放在光滑斜面上，当物体沿斜面下滑时，物体实际位移方向和物体所受支持力的方向不垂直，所以支持力对物体做了功（负功），物体的机械能不守恒，物体的机械能削减了，物体对斜面体的压力对斜面体做了功（正功），斜面体的机械能增加了，斜面体的机械能也不守恒.对物体和斜面体组成的系统，斜面体和物体之间的弹力是内力，对系统做功的代数和为零，即不消耗机械能.在物体和斜面体的运动过程中只有重力做功，所以系统的机械能守恒.物体在下滑过程中重力势能削减，一部分转化为物体的动能，另一部分则转化为斜面体的动能.所以本题选ACD.（二）机械能守恒定律的应用例3一个物体从光滑斜面顶端由静止起先滑下（如图），斜面高1m，长2m.不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大？物体沿光滑斜面下滑时机械能守恒分析：斜面是光滑的，不计摩擦，又不计空气阻力，物体所受的力有重力和斜面的支持力，支持力与物体的运动方向垂直，不做功.物体在下滑过程中只有重力做功，所以可用机械能守恒定律求解.解析：题中没有给出物体的质量，可设物体的质量为m.物体在起先下滑到达斜面底端时的速度为v,则有Ep2=0,末状态的机械能.此时，Ep1=mgh，Ek1=0，初状态的机械能Ek1Ep1=mgh.依据机械能守恒定律有Ek2+Ep2=Ek1+Ep1，所以.【方法引导】这个问题也可以应用牛顿其次定律和运动学公式求解，但是应用机械能守恒定律求解，在思路和步骤上比较简洁.在这个例题中，假如把斜面换成光滑的曲面（如图），同样可以应用机械能守恒定律求解，要干脆用牛顿其次定律求解，由于物体在斜面上所受的力是变力，处理起来就困难得多.物体沿光滑曲面下滑时机械能守恒例4把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆.摆长为L，最大偏角为.小球运动到最低位置时的速度是多大？分析：小球受两个力：重力和悬线的拉力.悬线的拉力始终垂直于小球的运动方向，不做功.小球在摇摆过程中，只有重力做功，所以可用机械能守恒定律求解.解析：选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面.小球在最高点时为初状态，初状态的动能Ek10，重力势能Ep1=mg（L-Lcos），机械能Ek1Ep1=mg（L-Lcos）.小球在最低点时为末状态，末状态的动能,重力势能Ep2=0,末状态的机械能为.依据机械能守恒定律有Ek2+Ep2=Ek1+Ep1所以.【老师精讲】由这两个例题可以看出，应用机械能守恒定律解题，可以只考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态之间的过程的细微环节.这可以避开干脆用牛顿其次定律解题的困难，简化解题的步骤.守恒定律不仅给处理问题带来便利，而且有更深刻的意义.自然界千变万化，但有些物理量在肯定条件下是守恒的，可以用这些“守恒量”表示自然界的改变规律，这就是守恒定律.寻求“守恒量”已经成为物理学探讨中的重要方面.我们学习物理，要学会运用守恒定律处理问题.三、能量转化和守恒定律老师活动：提出问题：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式.我们还知道不同能量之间是可以相互转化的，请你举几个能量转化的例子.学生活动：思索并回答问题，列举实例.老师活动：演示试验1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中.思索：小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化状况.演示试验2：在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动.思索：小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小木块运动过程中能量的转化状况.学生活动：视察试验并主动思索探讨后，选出代表发表见解.老师活动：听取学生汇报，总结点评，回答学生可能提出的问题.通过学生举例和演示试验，说明各种形式的能量可以相互转化，增加学生的感性相识，并激发学生的学习爱好，唤起学生剧烈的求知欲.以上试验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量削减，必有其他能量增加，一个物体的能量削减，必定其他物体的能量增加，能量的总和并没有改变.这就是大自然的一条普遍规律，而机械能守恒定律只是这一条规律的一种特别状况.学生活动：列举生活中不同能量之间相互转化的例子.老师活动：引导学生阅读教材，说出能量守恒定律的内容，并引导学生说明能量守恒定律的建立有何重大意义.历史上曾有人设想制造一种不须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？学生活动：仔细阅读教材，思索并回答问题.课堂小结本节课我们学习了机械能守恒定律，重点是机械能守恒定律的内容和表达式，难点是推断物体的机械能是否守恒，所以应透彻理解机械能守恒定律成立的条件，从而正确应用机械能守恒定律解题.布置作业课本P37作业4、5、6.板书设计活动与探究有人设计了这样一台“永动机”：距地面肯定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他希望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已.机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了（右图）.请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够恒久运动下去.能量守恒定律与能源 7.10能量守恒定律与能源学案（人教版必修2）1能量守恒定律(1)导致能量守恒定律最终确立的两类重要事实是：确认了_的不行能性和发觉了各种_之间的相互联系和转化(2)内容：能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个物体_到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量_，这就是能量守恒定律2能源和能量耗散(1)人类对能源的利用大致经验了三个时期，即_时期、_时期、_时期自工业革命以来，_和_成为人类的主要能源(2)_和_已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题(3)燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，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，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质汲取之后变成四周环境的内能，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(4)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，能量在数量上_，但在可利用的品质上_了，从便于利用的变成_的了这是能源危机的深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本缘由(5)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的_【概念规律练】学问点一能量守恒定律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，必定伴随着别的物体能量削减D能量守恒定律说明白能量既不会凭空产生也不会凭空消逝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太阳照耀到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照耀到宇宙空间的能量都消逝了C“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违反了能量守恒定律，因而是不行能的D有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能始终走动，说明能量可以凭空产生3历史上曾有很多人试图独创一种机器，它可以不消耗能量而连绵不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功如图1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 学问点二能量耗散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，能量的数量并未削减，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某种形式的能削减，肯定存在其他形式能的增加B因为能量守恒，所以“能源危机”是不行能的C能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未削减，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【方法技巧练】应用能量守恒定律解题的方法6水从20m高处落下，假如水的重力势能的20%用来使水的温度上升，则水落下后的温度将上升多少？(g取10m/s2) 7某地平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面假如这个风车能将圆面内10%的气流淌能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？ 参考答案课前预习练1(1)永动机自然现象(2)产生消逝转化转移保持不变2(1)柴薪煤炭石油煤石油(2)能源短缺环境恶化(3)自动(4)没有削减降低不便于利用(5)方向性课堂探究练1A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2C永动机是指不消耗能量，而可以大量对外做功的装置，历史上曾出现过各种各样的所谓永动机的独创，结果都以失败告终，缘由就是违反了能量守恒定律人类只能发觉规律、利用规律