《能源能量守恒定律》PPT课件.ppt

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1、7 7 7 7能量守恒定律与能源我们已经知道的能量形式 机械能（重力势能、弹性势能、动能）机械能（重力势能、弹性势能、动能）风能、电能、光能、内能、核能、风能、电能、光能、内能、核能、生物能、化学能、太阳能生物能、化学能、太阳能等等等等各种形式的是可以相互转化的 食物具有化食物具有化学能，我们的身学能，我们的身体把这种化学能体把这种化学能转化成为维持生转化成为维持生命所必须的内能命所必须的内能和机械能。和机械能。各种形式的是可以相互转化的风能转化为电能风能转化为电能 光合作用光合作用 光能光能 化学能化学能各种形式的是可以相互转化的重力势能转化重力势能转化为电能为电能各种形式的是可以相互转化的

2、电能转化为内能电能转化为内能发电机发电机 机械能机械能 电能电能各种形式的是可以相互转化的电能转化为机械能电能转化为机械能各种形式的是可以相互转化的 另外，当木材、煤、石油和天然另外，当木材、煤、石油和天然气等物质燃烧时，它们的化学能就会转气等物质燃烧时，它们的化学能就会转化为内能和光能。绿色植物通过光合作化为内能和光能。绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能用，将太阳能转化为化学能各种能都能够做功，做功的各种能都能够做功，做功的过程就是能量转化的过程。过程就是能量转化的过程。做功的过程即能量转化的过程 能量既不会凭空产生，也能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种不会凭空消失，它

3、只能从一种形式转化为另一种形式或者形式转化为另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量在转化和转移的过程中其总量保持不变保持不变 能量守恒定律的建立过程，是人类认识自然的能量守恒定律的建立过程，是人类认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、最可靠的自然规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和谐美是科学的魅力所在 恩格斯曾经把能量转化和守恒定律

4、称为恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大伟大的运动基本规律的运动基本规律”，认为它的发现是，认为它的发现是19世纪自然世纪自然科学的三大发现之一科学的三大发现之一(另两个发现是细胞学说，另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论达尔文的生物进化论)通过学习能量守恒定律，你受到了什么启示?自然规律之一自然规律之一中微子的发现 2020世纪世纪3030年代，人们发现在某些年代，人们发现在某些原子核反应中能量似乎不守恒，当时有原子核反应中能量似乎不守恒，当时有人提出能量守恒并不是普遍规律的观点。人提出能量守恒并不是普遍规律的观点。19931993年，奥地利物理学家泡利年，奥地利物理学家泡利（W.P

5、auliW.Pauli，1900195819001958）猜想，之）猜想，之所以观察到能量所以观察到能量“不守恒不守恒”，可能因为，可能因为存在着一种极其微小的未知粒子，是它存在着一种极其微小的未知粒子，是它带走了一小部分能量。意大利物理学家带走了一小部分能量。意大利物理学家费米（费米（E.FermiE.Fermi，1901195419011954）把这）把这种未知的粒子叫做中微子。从此，人们种未知的粒子叫做中微子。从此，人们一直在努力寻找中微子。直到一直在努力寻找中微子。直到19561956，人们才在实验室找到了中微子。人们才在实验室找到了中微子。因此，可以说是能量的转化与守恒定律直接导致了

6、中微子的发现因此，可以说是能量的转化与守恒定律直接导致了中微子的发现泡利泡利 和和 费米费米思考与讨论既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？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，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，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能量的耗散大家阅读课本第大家阅读课本第7777页到页到7878页页有关能量和能量耗散的内容有关能量和能量耗散的内容 寒冷冬天，由于取暖和使用电器，寒冷冬天，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到室外室内温

7、度比室外高。热量散失到室外后，不能回收重新利用。后，不能回收重新利用。能量耗散与能量守恒是否矛盾，能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解该怎样理解?能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，能量耗散和能量守恒并不矛盾，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减少但是可利用的品质上降低量在数量上并没有减少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。了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源这是节约能源的根本原因的根本原因这说明能量的耗散从能量转化的角度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

8、方向性反映出自然界中宏观过程的方向性 内能总是自发地从高温内能总是自发地从高温物体向低温物体转移物体向低温物体转移而不会自发的由低温物而不会自发的由低温物体向高温物体转移体向高温物体转移机械能可以全部转化为内能而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化热机的效率不可能1000/0例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过通过发动机散热系统排除，发动机散热系统排除，370/0直接由排气管排出，有直接由排气管排出，有260/0变变为发动机输出的机械能为发动机输出的机械能 能量的耗散从能量转化的角度反能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中

9、宏观过程的方向性。映出自然界中宏观过程的方向性。正是因为能量转化的方向性，能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，也是有代价能量的利用是有条件的，也是有代价的的 通过以上分析我们知道了：通过以上分析我们知道了：1、指出下列现象中能量的转化或转移情况：、指出下列现象中能量的转化或转移情况：（1）人在跑步时，身体发热（）人在跑步时，身体发热（）（2）风吹动帆船前进（）风吹动帆船前进（）（3）放在火炉旁的冷水变热（）放在火炉旁的冷水变热（）（4）电流通过灯泡，灯泡发光（）电流通过灯泡，灯泡发光（）（5）植物进行光合作用（）植

10、物进行光合作用（）化学能转化为内能化学能转化为内能风的机械能转移到帆船上风的机械能转移到帆船上内能由火炉转移给水内能由火炉转移给水电能转化为光能电能转化为光能光能转化为化学能光能转化为化学能能源的分类能源的分类v能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源v能源是人类社会活动的基础，人类对能源的利用大能源是人类社会活动的基础，人类对能源的利用大致经历了三个时期：致经历了三个时期：柴草柴草时期、时期、煤炭煤炭时期、时期、石油石油时时期期v能源可分为能源可分为常规能源常规能源和和新能源新能源两类两类v常规能源：煤、石油和天然气等常规能源：煤、石油和天然气

11、等v新能源：太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋新能源：太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、核聚变能等能、氢能、核聚变能等太太阳阳能能新能源新能源新能源新能源风风能能 新新疆疆达达坂坂 风风力力发发电电厂厂水水能能 三三峡峡水水电电站站新能源新能源核核能能 深深圳圳大大亚亚湾湾核核电电站站 新能源新能源一、能量守恒定律一、能量守恒定律 1内容：能量既不会消灭，也不会创生，内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从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

12、变转移的过程中，能量的总和保持不变2建立过程建立过程二、能源和能量耗散二、能源和能量耗散 1内容：能量转化具有方向性内容：能量转化具有方向性2节约能源的重要意义节约能源的重要意义 通过本节课的学习我们知道了5 5 机械能机械能=动能动能+势能势能 一一 基本知识：能态基本知识：能态 1 1 动能动能物体由于运动而具有的能量。物体由于运动而具有的能量。大小：大小：E EK K=mV=mV2 2/2/22 2 重力势能重力势能物体由于被举高而具有的能。物体由于被举高而具有的能。大小：大小：E EP P P P=mgh=mgh3 3 弹性势能弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能。物体由于发生弹性形

13、变而具有的能。4 4 因摩擦而产生的热能因摩擦而产生的热能 Q=f S Q=f S相相相相（S S相相相相代表物体的代表物体的相对位移）相对位移）能量守恒定律应用专题能量守恒定律应用专题 二二 基本方法基本方法：能量转化守恒定律表达式能量转化守恒定律表达式1 1 守恒式：守恒式：E Ek k初初+E+Ep p初初=E=Ek k末末+E+Ep p末末+Q+Q2 2 转化式：转化式：EE减减=E=E增增技能与技巧技能与技巧:1:1 守恒式中的守恒式中的E EP P=mgh=mgh是是 相对量相对量,必须规定零势面必须规定零势面.2 2 转化式中的转化式中的EEP P=mgh=mgh是是 绝对量绝对

14、量,不须规定零势面不须规定零势面.三三 基本物理思想基本物理思想：试求以下三小球沿光滑轨道自由下落相同高度的末速度大小试求以下三小球沿光滑轨道自由下落相同高度的末速度大小解法二解法二:利用能量守恒定律根据 E初=E末得 mgh=mv2/2 V1=V2=V3=解法一解法一:利用牛顿定律可求 解V1、V2，但不能求解V3。四四 对单体应用范例：对单体应用范例：1 1 1 1 如图所示，质量为如图所示，质量为如图所示，质量为如图所示，质量为m m m m的物体从高为的物体从高为的物体从高为的物体从高为h h h h的斜面顶端的斜面顶端的斜面顶端的斜面顶端A A A A处处处处由静止滑下到斜面底端由静

15、止滑下到斜面底端由静止滑下到斜面底端由静止滑下到斜面底端B B B B，再沿水平面运动到，再沿水平面运动到，再沿水平面运动到，再沿水平面运动到C C C C点停点停点停点停止。欲使此物体从止。欲使此物体从止。欲使此物体从止。欲使此物体从C C C C沿原路返回到沿原路返回到沿原路返回到沿原路返回到A A A A，则在，则在，则在，则在C C C C点至少应点至少应点至少应点至少应给物体的初速度给物体的初速度给物体的初速度给物体的初速度V V V V0 0 0 0大小为多少大小为多少大小为多少大小为多少?(?(?(?(不计物体在不计物体在不计物体在不计物体在B B B B处的能处的能处的能处的能

16、量损失量损失量损失量损失)由CA根据能量转化守恒定律得 mv02/2=mgh+QAB+QBC所以 V0=2解:由AC根据能量转化守恒定律 E减=E增得 mgh=QAB+QBC2.2.2.2.物体在高为物体在高为物体在高为物体在高为 h h h h、倾角为、倾角为、倾角为、倾角为30303030的粗糙斜面上自静止的粗糙斜面上自静止的粗糙斜面上自静止的粗糙斜面上自静止开始滑下开始滑下开始滑下开始滑下,它滑到底端的速度是物体由它滑到底端的速度是物体由它滑到底端的速度是物体由它滑到底端的速度是物体由h h h h高处自由落高处自由落高处自由落高处自由落下速度的下速度的下速度的下速度的0.80.80.8

17、0.8倍倍倍倍,求物体与斜面间的动摩擦因数求物体与斜面间的动摩擦因数求物体与斜面间的动摩擦因数求物体与斜面间的动摩擦因数=_.(_.(_.(_.(保留保留保留保留2 2 2 2位有效数字位有效数字位有效数字位有效数字)hm300而由例而由例而由例而由例1 1 1 1得得得得 V=0.8 V=0.8 V=0.8 V=0.8 Q=mgcos30Q=mgcos30Q=mgcos30Q=mgcos300 0 0 0h/sin30h/sin30h/sin30h/sin300 0 0 0 代入上式得代入上式得代入上式得代入上式得 =0.200.200.200.20解解解解:物体下滑过程中根据能量转化守恒定

18、律物体下滑过程中根据能量转化守恒定律物体下滑过程中根据能量转化守恒定律物体下滑过程中根据能量转化守恒定律 E E E E减减减减=E=E=E=E增增增增得得得得 mgh=mV mgh=mV mgh=mV mgh=mV2 2 2 2/2+Q/2+Q/2+Q/2+Q3 3 3 3 一物体，以一物体，以一物体，以一物体，以6m/s6m/s6m/s6m/s的初速度沿某一斜面底端上滑的初速度沿某一斜面底端上滑的初速度沿某一斜面底端上滑的初速度沿某一斜面底端上滑后又折回，折回到斜面底端时的速度大小为后又折回，折回到斜面底端时的速度大小为后又折回，折回到斜面底端时的速度大小为后又折回，折回到斜面底端时的速度

19、大小为4m/s4m/s4m/s4m/s。试求物体沿斜面上滑的最大高度。（试求物体沿斜面上滑的最大高度。（试求物体沿斜面上滑的最大高度。（试求物体沿斜面上滑的最大高度。（g g g g取取取取10m/s10m/s10m/s10m/s2 2 2 2）AmV0BC解解解解:由由由由ABABABAB根据能量转化守恒定根据能量转化守恒定根据能量转化守恒定根据能量转化守恒定律律律律 E E E E减减减减=E=E=E=E增增增增得得得得 mv mv mv mv0 0 0 02 2 2 2/2=mgh+Q/2=mgh+Q/2=mgh+Q/2=mgh+Q由由由由BCBCBCBC根据能量转化守恒定律根据能量转化

20、守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律得得得得 mgh=mv mgh=mv mgh=mv mgh=mv2 2 2 2/2+Q/2+Q/2+Q/2+Q联立得联立得联立得联立得 h=2.6m h=2.6m h=2.6m h=2.6m 五五 对物体系应用范例对物体系应用范例：1 1 1 1 如图所示，两小球如图所示，两小球如图所示，两小球如图所示，两小球m m m mA A A Am m m mB B B B通过绳绕过固定的半径通过绳绕过固定的半径通过绳绕过固定的半径通过绳绕过固定的半径为为为为R R R R的光滑圆柱，现将的光滑圆柱，现将的光滑圆柱，现将的光滑圆柱，现将A A A A球由

21、静止释放，若球由静止释放，若球由静止释放，若球由静止释放，若A A A A球能到球能到球能到球能到达圆柱体的最高点，求此时的速度大小。达圆柱体的最高点，求此时的速度大小。达圆柱体的最高点，求此时的速度大小。达圆柱体的最高点，求此时的速度大小。解解解解:B:B:B:B球下落得高度为球下落得高度为球下落得高度为球下落得高度为R+2R+2R+2R+2 R/4R/4R/4R/4，A A A A球上升得高度为球上升得高度为球上升得高度为球上升得高度为2R2R2R2R由由由由ABABABAB根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律 E E E E减减减减=E=E=E

22、=E增增增增得得得得 m m m mB B B Bg g g g（R+2R+2R+2R+2 R/4R/4R/4R/4）=m=m=m=mA A A Ag2R+g2R+g2R+g2R+（m m m mA A A A+m+m+m+mB B B B）V V V V2 2 2 2/2/2/2/2则则则则V V V V可解得可解得可解得可解得。2 2 如图所示，两质量为如图所示，两质量为m m的环通过长的环通过长L L的绳与另一等的绳与另一等质量的小球相连，现使两环相距质量的小球相连，现使两环相距L L由静止释放，求由静止释放，求两环运动后的最大速度大小。两环运动后的最大速度大小。解解解解:根据能量转化守

23、恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律 E E E E减减减减=E=E=E=E增增增增得得得得 mg mg mg mg（L-Lsin60L-Lsin60L-Lsin60L-Lsin600 0 0 0）=2mV=2mV=2mV=2mV2 2 2 2/2/2/2/2 V=V=V=V=3 3 3 3 如图所示，已知两质量分别为如图所示，已知两质量分别为如图所示，已知两质量分别为如图所示，已知两质量分别为m m m m1 1 1 1m m m m2 2 2 2线径不计的小线径不计的小线径不计的小线径不计的小物块至于小定滑轮两端，光滑轨道半径为物块至于小定滑轮两端，光滑轨道半

24、径为物块至于小定滑轮两端，光滑轨道半径为物块至于小定滑轮两端，光滑轨道半径为R R R R。现将。现将。现将。现将m m m m2 2 2 2由轨道边缘由轨道边缘由轨道边缘由轨道边缘A A A A点释放，求其到达最底点点释放，求其到达最底点点释放，求其到达最底点点释放，求其到达最底点B B B B时的速时的速时的速时的速度大小度大小度大小度大小.解解解解:m:m:m:m2 2 2 2下落得高度为下落得高度为下落得高度为下落得高度为R R R R，m m m m1 1 1 1上升得高度为上升得高度为上升得高度为上升得高度为 ，设此时速度分别为，设此时速度分别为，设此时速度分别为，设此时速度分别为

25、V V V V1 1 1 1V V V V2 2 2 2。由由由由ABABABAB根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律 E E E E减减减减=E=E=E=E增增增增得得得得 m m m m2 2 2 2gR=mgR=mgR=mgR=m1 1 1 1g +mg +mg +mg +m1 1 1 1V V V V1 1 1 12 2 2 2/2+m/2+m/2+m/2+m2 2 2 2V V V V2 2 2 22 2 2 2/2/2/2/2又根据运动合成规律又根据运动合成规律又根据运动合成规律又根据运动合成规律 V V V V1 1 1 1=V=V=V

26、=V2 2 2 2COS45COS45COS45COS450 0 0 0联立可求解联立可求解联立可求解联立可求解V V V V1 1 1 1V V V V2 2 2 2 。4 4 4 4 如图所示，半径为如图所示，半径为如图所示，半径为如图所示，半径为r r r r 质量不计的圆盘竖直放置，圆质量不计的圆盘竖直放置，圆质量不计的圆盘竖直放置，圆质量不计的圆盘竖直放置，圆心心心心O O O O处是一光滑的水平固定轴。在圆盘的最右端固定处是一光滑的水平固定轴。在圆盘的最右端固定处是一光滑的水平固定轴。在圆盘的最右端固定处是一光滑的水平固定轴。在圆盘的最右端固定一个质量为一个质量为一个质量为一个质量

27、为m m m m的小球的小球的小球的小球A,A,A,A,在在在在O O O O点的正下方离点的正下方离点的正下方离点的正下方离O O O O点点点点r/2r/2r/2r/2处固定处固定处固定处固定一个质量为一个质量为一个质量为一个质量为m m m m的小球的小球的小球的小球B B B B。放开圆盘让其自由转动则。放开圆盘让其自由转动则。放开圆盘让其自由转动则。放开圆盘让其自由转动则求求求求1)1)1)1)当当当当A A A A转到最低点时，两小球的重力势能之和变化转到最低点时，两小球的重力势能之和变化转到最低点时，两小球的重力势能之和变化转到最低点时，两小球的重力势能之和变化了多少？了多少？了

28、多少？了多少？2 2 2 2）A A A A球在最底点球在最底点球在最底点球在最底点C C C C速度大小速度大小速度大小速度大小 3 3 3 3）在转动过程中半径）在转动过程中半径）在转动过程中半径）在转动过程中半径OAOAOAOA向左偏离竖直方向的最大向左偏离竖直方向的最大向左偏离竖直方向的最大向左偏离竖直方向的最大角度是多少角度是多少角度是多少角度是多少?答案（答案（答案（答案（2 2 2 2）:由由由由A A A A运动到运动到运动到运动到C C C C过程根据能量过程根据能量过程根据能量过程根据能量转化守恒定律得转化守恒定律得转化守恒定律得转化守恒定律得 E E E E减减减减=E=

29、E=E=E增增增增 m m m mA A A AgR=mgR=mgR=mgR=mB B B BgR/2+mgR/2+mgR/2+mgR/2+mA A A AV V V VA A A A2 2 2 2/2+m/2+m/2+m/2+mB B B BV V V VB B B B2 2 2 2/2/2/2/2又因又因又因又因A A A A=B B B B则则则则 V V V VA A A A=2V=2V=2V=2VB B B B 连立可求解连立可求解连立可求解连立可求解V V V VA A A Amgr/2370 0 5 5 5 5 在倾角为在倾角为在倾角为在倾角为的斜面体上由质量分别为的斜面体上由质

30、量分别为的斜面体上由质量分别为的斜面体上由质量分别为M,mM,mM,mM,m两物体两物体两物体两物体和一定滑轮构成如图所示系统，若物体与斜面间的和一定滑轮构成如图所示系统，若物体与斜面间的和一定滑轮构成如图所示系统，若物体与斜面间的和一定滑轮构成如图所示系统，若物体与斜面间的动摩擦因数为动摩擦因数为动摩擦因数为动摩擦因数为，求释放后，求释放后，求释放后，求释放后m m m m加速下落加速下落加速下落加速下落H H H H时的落地速时的落地速时的落地速时的落地速度度度度a aa a解解解解:设设设设m m m m下落下落下落下落h h h h时的速度为时的速度为时的速度为时的速度为V V V V

31、 根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律根据能量转化守恒定律 E E E E减减减减=E=E=E=E增增增增得得得得 mgh=Mghsin+mgh=Mghsin+mgh=Mghsin+mgh=Mghsin+（m+Mm+Mm+Mm+M）V V V V2 2 2 2/2+Q/2+Q/2+Q/2+Q而而而而 Q=Q=Q=Q=MgcoshMgcoshMgcoshMgcosh两式联立既可求两式联立既可求两式联立既可求两式联立既可求V=V=V=V=总结：总结：1.1.能量转化守恒定律是宇宙间普遍适用的，能量转化守恒定律是宇宙间普遍适用的，是无条件成立的。是无条件成立的。2.2.能量转化守恒定律包含机械能守恒定律，能量转化守恒定律包含机械能守恒定律，机械能守恒定律只是能量转化守恒定律的机械能守恒定律只是能量转化守恒定律的一个特例。一个特例。3.3.因摩擦而产生的热能一定属于因摩擦而产生的热能一定属于EE增增4.4.若物体间存在能量交换，则只能建立对若物体间存在能量交换，则只能建立对系统的守恒式或转化式。系统的守恒式或转化式。