资源简介

3.2能量的转化与守恒 学案
学习目标：
1.了解能量守恒定律的发现过程．　
2.理解能量的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象．
基础知识：
1．能量守恒定律的发现
(1)迈尔的发现
体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物体的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的．
(2)焦耳的研究
①确定了电能向内能转化的定量关系．
②用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据．
(3)亥姆霍兹的贡献
从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．
2．能量守恒定律及其应用
(1)内容：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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
(2)意义：
①各种形式的能可以相互转化。
②各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
重难点理解：
能量的转化与守恒
1．对能量守恒定律的理解
(1)各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无须任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力或弹力做功．
(2)意义：能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量．不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的．
2．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。
典例1、如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力)
思路点拨：(1)子弹和沙箱相互作用过程中，损失的动能转化为内能。
(2)子弹与沙箱合为一体共同上升过程中，动能转化为重力势能。
[解析]　子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动能，转化为系统内能，由能量守恒定律得
ΔU＝mv－(M＋m)v2 ①
由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点以v做圆周运动，满足机械能守恒，即(M＋m)v2＝(M＋m)gh ②
由①②解得ΔU＝mv－(M＋m)gh。
[答案]　mv－(M＋m)gh
巩固练习：
1．下列对能量守恒定律的认识不正确的是(　　)
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
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，最后停止在地面上，说明机械能消失了
2．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加质量为15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加多少。(g取10 m/s2，忽略大气压力及摩擦阻力的影响)
3．风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%．则单位时间内最多可提升的水的质量为__________．
参考答案：
1. D　2. [解析]　由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J。
[答案]　20 J
3.[解析]　在时间t内吹在风车上的空气的质量为m1＝πd2·vt·ρ，
风的动能Ek＝m1v2＝πd2v3tρ．
根据题意πd2v3tρ×50%×80%＝mgh，则＝．
[答案]　

展开更多......

收起↑