2019高中物理 第四章 机械能和能源 6 能源的开发与利用学案 教科版必修2.doc

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1、16 6 能源的开发与利用能源的开发与利用学习目标 1.了解各种不同形式的能，知道不同形式能量之间的相互转化.2.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析解释一些实际问题.3.了解能源的开发和利用，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和保护环境的意识.4.理解功能关系及其应用一、能量守恒定律1能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种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，在转化或转移的过程中其总量保持不变2意义：能量守恒定律是最重要、最普遍的自然规律之一，是大自然普遍和谐性的一种表现形式二、能源的利用1人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴草时期、煤炭

2、时期、石油时期自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源2能源利用方式的改进极大地提高了劳动生产率，给人类的生活带来了极大的改善，煤炭的利用和蒸汽机的诞生引起了产业革命但能源的大量使用引起了环境问题三、新能源的开发1在合理开发和节约使用煤、石油、天然气等常规能源的同时，要大力开发核聚变能、太阳能、风能、地热能、海洋能等新能源2正在开发的新能源有风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能、生物质能及核聚变能等3新能源的优点：新能源多为可再生能源，且污染较小1判断下列说法的正误(1)机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式()(2)化石燃料的利用，会引起环境问题()(3)在利用能源的过程中，能量在数量上

3、并未减少()(4)世上总能量不变，所以我们不需要节约能源()(5)人类不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造()2质量为 0.4 kg 的皮球，从离地面高 0.5 m 处自由落下，与地面碰撞后以 2 m/s 的速度反弹，g取 10 m/s2，不计空气阻力，碰撞时损失的机械能为_，损失的机械能转化为_能2答案 1.2 J 内一、能量守恒定律的理解如图 1 所示， “神舟十号”飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到 1 000 摄氏度图 1(1)进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒

4、吗？(2)返回舱表面温度越高，内能越大，该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？答案 (1)返回舱动能增加，势能减少，由于与大气层的摩擦，机械能逐渐转化为内能，故机械能不守恒(2)减少的势能一部分转化为动能，一部分转化为内能或者说一部分机械能转化成了内能机械能和内能的总量不变，即能量守恒1适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律2对能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等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例 1 (多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙

5、的水平面上，则( )A在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C在水平面上滚动时，总能量正在消失D在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒答案 AD解析 在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，3有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的，故选 A、D.【考点】对能的转化与守恒的理解【题点】机械能和内能的转化二、能量守恒定律的应用1能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初E末(2)从能的转化角度看，E增E减(3)从能的转移角度看，EA增EB减2能量守恒定律应用的关键步骤(1)明确研究对象和研究过程(2)找全

6、参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少(3)列出增加量和减少量之间的守恒式例 2 如图 2 所示，皮带的速度是 3 m/s，两圆心的距离s4.5 m，现将m1 kg 的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取 10 m/s2)图 2(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E.答案 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J解析 (1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为x.mgxmv2，解得x3 mvB，QAQB BvAvB，QA

7、QB答案 D解析 两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f相同，子弹相对木块滑动的距离 x相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Qfx相同，根据能量守恒定律有：mv2QA1 2mvA2，mv2QBmvB2mBv2，由以上两式可知vAvB，故选项 D 正确1 21 21 21 2【考点】能量守恒定律的理解与基本应用【题点】摩擦生热及内能的理解与计算考点二 功能关系5假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为g，在运动员打开伞之前下落h的过程中，下列说法正确的是( )4 5A运动员的重力势能减少了mgh4 5B运动员的动能增加了mgh4 5C运动员克服阻力

8、所做的功为mgh4 5D运动员的机械能减少了mgh4 5答案 B解析 在运动员打开伞之前下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故 A 错误；根据牛顿第二定律得，运动员所受的合力为F合mamg，则根据动能定理得，合力做功为mgh，则4 54 5动能增加了mgh，故 B 正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功4 5为mgh，则运动员克服阻力做功mgh，故 C 错误；重力势能减少了mgh，动能增加了mgh，1 54 5故机械能减少了mgh，故 D 错误1 5【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用6(多选)某运动员采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向

9、前加速的同时提升身体重心如图 2 所示，假设该运动员的质量为m，在起跑时前进的距离s内，重心升高量为h，获得的速度为v，重力加速度为g，则此过程中( )12图 2A运动员克服重力做功WGmghB运动员的机械能增加了mv21 2C运动员的机械能增加了mv2mgh1 2D运动员对自身做功Wmv2mgh1 2答案 ACD解析 运动员在此过程中重力势能增加mgh，动能增加mv2，机械能增加mv2mgh，A、C1 21 2正确，B 错误运动员通过蹬地对自身做功，做功的量为其机械能的增量，D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用7(多选)如图 3 所示，木块静止在光滑水平桌面上，一子弹

10、(可视为质点)水平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为x，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中正确的是( )图 3A木块的机械能增量为fxB子弹的机械能减少量为f(xd)C系统的机械能减少量为fdD系统的机械能减少量为f(xd)答案 ABC解析 木块机械能的增量等于子弹对木块的作用力f 做的功fx，A 对；子弹机械能的减少量等于动能的减少量，即子弹克服阻力做的功f(xd)，B 对；系统增加的机械能等于力f做的总功，即 Efxf(xd)fd，故机械能减少量为fd，C 对，D 错【考点】各种功能关系及应用13【题点】各种功能关系及应用8(多选)

11、如图 4 所示，在粗糙的水平桌面上有一个质量为M的物块，通过水平轻绳跨过光滑轻质定滑轮与质量为m的小球相连，在小球下落的过程中，下列说法正确的是( )图 4A小球的机械能守恒B物块与小球组成的系统机械能守恒C若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量D若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量答案 CD解析 由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，A 错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，B 错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为物块M与桌面间摩擦产生的热量，C

12、正确；若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分转化为摩擦产生的热量，另一部分转化为M的动能，因此 D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用9(多选)如图 5 所示，水平轻质弹簧的一端与固定的竖直板P拴接，另一端与物体A相连，物体A静止于光滑水平桌面上，右端接一水平细线，细线绕过光滑的轻质定滑轮与物体B相连开始时用手托住B，让细线恰好伸直，然后由静止释放B，直至B获得最大速度下列有关该过程的分析正确的是( )图 5AB物体的机械能一直减小BB物体的动能增加量等于B物体重力势能的减少量CB物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量D细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系

13、统机械能的增加量答案 AD解析 从开始到B速度达到最大的过程中，细线的拉力对B一直做负功，所以B的机械能一直减小，故 A 正确；对于B物体，只有重力与细线拉力做功，根据动能定理可知，B物体动14能的增加量等于它所受重力与拉力做功之和，不等于它的重力势能的减少量，故 B 错误；整个系统中，根据功能关系可知，B减少的机械能转化为A的机械能以及弹簧的弹性势能，故B物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，故 C 错误；系统机械能的增加量等于系统除重力和弹簧弹力之外的力所做的功，A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等于细线拉力对A做的功，故 D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及

14、应用10.(多选)质量为m1、m2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v1和v2，位移分别为x1和x2，如图6 所示，则这段时间内此人所做的功的大小等于( ) 图 6AFx2BF(x1x2)C.m2v22 (mm1)v121 21 2D.m2v221 2答案 BC解析 根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F(x1x2)m2v22 (mm1)v12，故 B、C 正确1 21 2【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用二、非选择题11(能量守恒

15、定律)如图 7 所示，质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧冲上质量为m1、长为l、置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为，重力加速度为g，此时木板对地位移为x1，求这一过程中：图 7(1)木板增加的动能；(2)小铁块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；15(4)系统产生的热量答案 (1)mgx1 (2)mg(x1l) (3)mgl (4)mgl解析 (1)对木板B，根据动能定理得mgx1m1v201 2所以木板增加的动能 EkBmgx1.(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据能量关系可知EkAmv2mv02mg(x1l)1 21 2即小

16、铁块的动能减少了mg(x1l)(3)系统机械能的减少量为E减EkAEkBmgl.(4)根据能量守恒定律，系统减少的机械能全部转化为内能，则QE减mgl.【考点】板块模型的处理【题点】板块模型的处理12(能量守恒定律)如图 8 所示，绷紧的皮带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s 的速率运行，现把一质量为m10 kg 的工件(可看成质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间 1.9 s，工件被传送到h1.5 m 的高处，取g10 m/s2，求：图 8(1)工件与皮带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能答案 (1) (2)230 J32解析 (1)由题图可知，皮

17、带底端与顶端的长度x3 m.h sin 工件速度达到v0前，做匀加速运动的位移x1t1t1，vv0 2匀速运动的位移为xx1v0(tt1)，解得加速运动的时间t10.8 s.加速运动的位移x10.8 m，16所以加速度a2.5 m/s2，v0 t1由牛顿第二定律有：mgcos mgsin ma，解得：.32(2)从能量守恒的观点看，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服皮带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量在时间t1内，皮带运动的位移x皮v0t11.6 m，在时间t1内，工件相对皮带的位移x相x皮x10.8 m，在时间t1内，摩擦生热Qmgcos x相60 J，工件获得的动能Ekmv0220 J，1 2工件增加的重力势能Epmgh150 J，电动机多消耗的电能WQEkEp230 J.【考点】传送带问题的处理【题点】传送带问题的处理