搜索
第4章能量守恒与可持续发展4．3能量的转化与守恒4．4能源与可持续发展第4章能量守恒与可持续发展1．理解不同能量之间的转化，知道能源和能量耗散．2．通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义．(重点)3．理解能量的转化效率的概念并会进行相关计算．4．通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏，初步认识科技给人类带来的负面效应，培养节能意识、环保意识．一、分析小汽车行驶时能量的转化汽车行驶要消耗燃料，汽车各部分消耗的能量都是由燃油的________转化来的，具体情况如下：化学能――→化学能转化为内能通过散热器和排气管转移到空气中耗散推动活塞做功――→内能转化为机械能动力输出发电机发电――→机械能转化为电能电动机（电能转化为机械能）空调（电能转化为机械能）音响（电能转化为机械能）灯光（电能转化为光能）蓄电池充电（电能转化为化学能）燃油燃烧二、能量守恒定律的确立1．被誉为能量守恒定律奠基者的有德国的______、英国的______和德国的__________．2．能量之间的相互转化自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有内能、电能、光能、化学能等，这些能量间可以相互______，但总的能量______，即遵守________________定律．迈尔焦耳亥姆霍兹转化不变能的转化和守恒3．能量守恒定律：能量既不能凭空______，也不能凭空______，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______．三、研究能量的转化效率1．定义：转化为________的能量跟______能量的比值．2．表达式：能量的转化效率＝_____________．产生消失不变有用功输入有用的能量输入的能量四、能量转化和转移的方向性1．内容：机械能可以完全转化为内能，反过来，内能就不可能______地并且不引起__________地完全转变为机械能；在热传递的过程中，内能总是能______地从高温物体向低温物体转移，而不可能______地从低温物体向高温物体转移．2．意义(1)发现了第二类永动机的________性；(2)发现了各种自然现象转化的不可逆性．自发任何变化自发自发不可能1．(1)热传递过程具有方向性．()(2)热量可以自发地从内能大的物体转移到内能小的物体．()(3)内能可以自发地转化为机械能．()√××五、让天更蓝、水更清、地更绿1．能源(1)概念：能够提供可利用能量的物质，都可以称为能源．(2)分类①从人类开发能源的历史划分常规能源：煤、石油、天然气等；新能源：核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等．②从能否再生分类可再生能源：水能、风能等；不可再生能源：石油、煤等．2．可持续发展为了保护环境和自然资源，我国制定了可持续发展战略，让能源的开发与利用，以及能源与环境等协调发展．2．(1)由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发并不十分重要．()(2)能源的利用过程，实质上是能的转化和转移的过程．()(3)现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气．()×√√对能量守恒定律的理解及应用1．内容：能量既不会消失，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一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．2．表达式：E初＝E终；ΔE增＝ΔE减．3．利用能量守恒定律解题的基本思路(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，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．4．利用能量守恒定律解题应注意的问题(1)该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理的一条主线．(2)要分清系统中有多少种形式的能量，发生哪些转移和转化．(3)滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于产生的内能，即Q＝fs相．5．利用能量守恒定律解题的基本步骤(1)分清有多少种形式的能量在变化(如：机械能、动能、势能等)．(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)ΔE增＝ΔE减列式求解．命题视角1对能量守恒定律的理解下列说法正确的是()A．随着科技的发展，永动机是可以制成的B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生[思路点拨]根据能量守恒定律的内容分析判断．[解析]永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了能量转化和守恒定律，A错；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C对；所谓“全自动”手表内部是有能量转化装置的，D错．[答案]C(1)任何形式的永动机都是无法制成的．(2)能量不能凭空产生或凭空消失．(3)各种形式的能量之间可以相互转化．(4)在能源的利用过程中会出现能量耗散的情况．命题视角2能量守恒定律的应用如图所示，传送带与水平面之间的夹角为θ＝30°，其上A、B两点间的距离为x＝5m，传送带在电动机的带动下以v＝1m/s的速度匀速运动，现将一质量为m＝10kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ＝32，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，(g取10m/s2)求：(1)传送带对小物体做的功．(2)电动机做的功．[思路点拨]解此题的关键有两点：(1)工件放上后的运动状态：先匀加速后匀速．(2)电机多消耗的能量转化为物体增加的机械能和系统内能．[解析](1)根据牛顿第二定律知，μmgcosθ－mgsinθ＝ma可得a＝14g＝2．5m/s2当物体的速度为1m/s时，位移为s′＝v22a＝0．2m即物体匀速运动了4．8m由功能关系可得W＝ΔEk＋ΔEp＝255J．(2)电动机做功使小物体机械能增加，同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q，而由v＝at，得t＝0．4s相对位移为s″＝vt－s′＝0．2m摩擦生热Q＝μmgs″cosθ＝15J故电动机做的功为270J．[答案](1)255J(2)270J1．关于能的转化与守恒定律的说法中错误的是()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个物体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，必然伴随着别的物体能量减少D．能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能制成的解析：选A．能量不仅能从一种形式转化为另一种形式，而且也能从一个物体转移到另一物体，例如热传递，内能从高温物体向低温物体传递．功和能量的转化关系的理解1．功与能(1)功是力在空间上的积累，是过程量．(2)能反映了物体能够对外做功的一种本领，与物体所处的状态相对应，是状态量．2．功与能量转化的关系功能关系概述(1)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)(2)功是能量转化的量度功能关系实例(1)重力做功：重力势能和其他能相互转化(2)弹力做功：弹性势能和其他能相互转化(3)合外力做功：动能与其他形式能相互转化(4)除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他形式能相互转化试说明下列现象中能量是怎样转化的？(1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止．(2)电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来．(3)火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小．(4)用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处．[思路点拨]物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能量的形式要发生变化．在确定能量的转化时，可以分析哪些力做功、消耗什么能、得到什么能进行比较来确定．[解析](1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止．这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能．(2)电风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能．(3)火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，机械能转化为内能．(4)用柴油机带动发电机发电，化学能转化为机械能，又转化为电能；发电机发电后供给电动水泵抽水，电流做功，电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处，水泵对水做功，使水泵的机械能传递给水．[答案]见解析一种形式的能量减少时，一定有另外形式的能量增加，一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增加，不管能量如何转移和转化，能量的总和保持不变．2．(多选)如图所示是流星在夜空中发出的明亮光焰．此时会有人在内心里许下一个个美好的愿望．有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的．下列相关说法正确的是()A．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒C．当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动D．流星物体进入大气层后做斜抛运动解析：选AC．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确，D错误．能源与可持续发展1．能量的转化效率能量的转化效率是转化为有用功的能量跟输入能量的比值，即η＝有用的能量输入的能量×100%．2．能量转化方向性的理解能量转化和守恒定律指各种形式的能量是可以相互转化的，并且在转化或转移过程中总和不变，但实际上，能量的转化和转移也不是任意的，涉及内能的转化和转移都是有方向的，表现在：(1)机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化．(2)内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移．3．永动机问题(1)第一类永动机声称一旦让其运转起来，就不再需要继续提供能量，而能自动不断地做功．它实际上是认为能量能够无中生有地创造出来，违背了能量守恒定律．(2)第二类永动机不违背能量守恒定律，它也给机器提供能量，只不过是从单一和均匀的热源(例如海洋、大气层)吸取能量．这一类永动机在设计循环过程时，都要让热能从低温物体传到高温物体或让热能百分之百转化成机械能．这违背了自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，即能量转化和转移的方向性．下列说法中正确的是()A．从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多B．热机的效率从原理上讲可达到100%C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的D．以上说法均不正确[解析]自发地热传递的条件是必须存在温度差，而不是内能差，甲物体传递热量给乙物体，说明甲物体的温度比乙物体高，故A错误；任何热机的效率都不可能达到100%，因此B错误．[答案]D虽然能量是守恒的，不会减少，但能量的转化是具有方向性的，有些能源是不能再回收利用的，因此能源危机是存在的，但不表示能量是不守恒的．3．下列过程，可能发生的是()A．某工作物质从高温热源吸收的热量，全部转化为机械能，而没有其他任何影响B．打开一高压密闭容器，其中的气体自发溢出后又自发缩回去，恢复原状C．利用其他手段，使低温物体温度更低，使高温物体温度更高D．将两瓶不同液体自发互溶，然后又自发地各自分开解析：选C．机械能可以完全转化为内能，反过来，内能却不能自发地、并不引起任何变化地全部变为机械能，选项A错误；在热传递过程中，内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不可能自发地从低温物体向高