1、4.6 能源的开发与利用 学案【学习目标】1、理解能量守恒定律2、知道能源和能量耗散【学习重点】能量守恒定律【知识要点】1.能量(1)概念.一个物体能够对外 ,我们就说这个物体具有 。能量有各种不同的形式。运动的物体具有 ;被举高的重物具有 ;发生弹性形变的物体具有 ;由大量粒子构成的系统具有 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ;内能与大量微观粒子的 相对应(2)能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中 保持不变。也就是说当某个物体的能量 时,一定存在其他物体的能量 且减少
2、量一定 增加量;当 的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定 增加量。（3）功是能量转化的量度不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的 的过程。且做了多少功,就有 能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的 。答案：（1）做功 能量 动能 重力势能 弹性势能 内能 机械运动 （2）增加 减少 等于 某种形式 等于其他形式的能量的（3）多少 量度2.能量守恒定律内容:能量既不会 ，也不会 ,它只会从一种形式 为其地形式,或者从一个物体 另一个物体,而在转化和转移过程中.能量的总量 ,这个规律叫做能量守恒定律.定律的表达式： 答案：（1）凭空产生 凭空消失
3、 转化 不变 （2）E1=E23.能源和能量耗散能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,它就不会起来供人类重新利用;电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们也无法把这些内能起来这种现象叫做能量的耗散。答案：自己收集 收集 重新转化为电能供人类使用【问题探究】【问题1】历史上曾有人设想制造一种不需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？结论：这种“永动机”违反了能量守恒定律。 【问题2】如何理解能理守恒？结论：能量守恒应从以下两方面去理解：（1）某种形式的能减少，一定存在其它形式的能增加，且
4、减少量和增加量一定相等；（2）某个物体的能量减少，一定存在其它物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。【问题3】什么是能量耗散？能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？结论：热和光被其它物质吸收之后变成环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量耗散。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，能量在数量上并没有减少，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了。能量耗散遵循能量守恒定律，但能量耗散是一种不可逆的过程，对环境保护和能源开发都是一种衡量尺度和标准。能源的利用受方向性的制约，所以能源的利用是有条
5、件的，也是有代价的。【典型例题】例1一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，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（绝对值）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，小滑块的动能的改变（指末态动能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变等于多少？ 【解析】根据动能定理，动能的改变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，实际上为摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根据重力
6、做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此E = A B DFcba变式练习1 如图所示，一个质量为1kg的物体，受到一个与路面保持平行的力F的作用，沿着路径abc跨过一座小山，物体通过全程的速率保持恒定，物体与路面的摩擦力为2.6N，山顶高度为10m，山坡倾角为300。则力F把物体从a运到c所做的总功为多少？【解析】由三角形知识可知，ab=bc=20m由平衡条件可得：在ab段，F1=mgsin300+f = 7.5N,方向沿斜面向上。在ab段，F2=mgsin300 - f = 2.3N,方向沿斜面向上。则从a到c
7、力F做功：【答案】104J【说明】就全过程来说，力F是变力，摩擦力f也是变力。但由于其大小在每一段不变，且方向始终与速度平行，故所做的功可求出。本题也可先计算摩擦力的功，然后由动能定理来计算力F所做的功。例2：如图2所示，传送带以1m/s 的速度水平匀速运动，砂斗以20kg/s的流量向皮带上装砂子，为了保持传递速率不变，驱动皮带的电动机因此要增加功率为（ ）图2MA10W B20W C30W D40W【解析】每秒流到皮带上的砂子获得的动能为 EK = 砂子到达速度v之前，相对皮带向后滑动，每秒转化为内能的机械能为： Q = 而所以Q = 因此增加的功率为：【答案】B【说明】分析清楚有多少种形式
8、的能量增加是解此题的关键变式练习2 在地球上空，一个质量为m的火箭，靠向后喷的气体的反冲力，使火箭停在空中不动，从火箭中喷出气体的速度等于v，则火箭发动机的机械功率为：（设火箭质量不变）A0 Bmgv Cmgv/2 D2mgv 答案：C【规律总结】1功与能能是状态量，功是过程量。不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程。且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度。如举重运动员把重物举起来,对重物做了功这一过程中,运动员通过做功消耗了体内的化学能,转化为重物的重力势能.并且,运动员做了多少功,就有多少化学能转化为重
9、力势能。能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系。2 能量守恒定律能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线。要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能、即Q=FL相注意:(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等 (2)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。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。3能源和能量耗散能量耗散表明,在能源的利用过程中，即在
10、能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。是能源危机更深层次的含意,也是“自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源”的根本原因。能量和能源是两回事；非再生能源和可再生能源是两回事。作为常规能源的煤炭、石油、天然气等面临枯竭.节能和开发新的能源已是人类必须面对的实际问题.能源对造福人类具有极重要的意义,节约每一份能源,不仅能提高能源的利用价值,对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用新的能源有待于人类去开发.有待开发和利用的新能源主要指:太阳能、地热能、风能、水、能、核能。由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的,所以人们也称它们
11、为化石燃料.由于这些能源是不能再次生产,也不可能重复使用的,所以称为非再生能源【当堂反馈】1、如图4所示，物体沿倾角为300的固定斜面以g/2的加速度匀减速上升，则在此过程中，物体的机械能是（ ）v图4m300A不变的 B减小的 C增加的 D不能判断的2、质量为m的物体，从距地面h高出由静止开始以加速度a=竖直下落到地面，在此过程( )A物体的重力势能减少 B物体的动能增加C物体的机械能减少 D物体的机械能保持不变3、如图5所示，一个人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯向上加速运动，则（ ）a图5qA人只受重力和踏板的支持力作用B人对踏板的压力大小等于人受到的重力大小C踏板对人做的功等于人的机械
12、能增量D人所受合力做的功等于人的机械能的增加量4、跳绳是一种健身运动，设某人的质量是50kg，他一分钟跳绳180次。假定在一次跳跃中，脚与地面的接触时间站跳跃一次所需时间的2/5，则此人跳绳时克服重力做功的平均功率为多少？5、如图6所示，绷紧的传送带在电动机的带动下，始终保持v0=2m/s的速度匀速运行，传送带与水平面成300角，现把一质量m=10kg的工件轻轻地放在传送带的底端，经过一段时间后，工件被送到高h=2m的平台上，已知工件与传送带间的动摩擦因数，若不计其它损耗，g取10m/s2,在传送工件的过程中，电动机消耗的电能是多少？ 图6AB30h6、如图7所示，AB与CD为两个对称斜面，其
13、上部足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为1200，半径R为2.0m.一个物体在离弧底E高度为h=3.0m处，以初速度4.0m/s沿斜面运动。若物体与两斜面的摩擦因数为0.02，则物体在两斜面上（不包括圆弧部分）一共能走多长路程？（g取10m/s）ABCDEhOR图7【参考答案】1、A 2、B 3、C 4、75w 5、280J 6、280m【阅读资料】高空的气温为什么低究大气现象时常常用到热力学第一定律通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少。阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低所以，越高的地方，空气的温度越低对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7（如下图）飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在50以下由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升如果不用空调，机舱内的温度可能达到50以上！
