高中物理人教版必修二第七章第十节能量守恒定律与能源导学案

高中物理人教版必修二第七章第十节能量守恒定律与能源导学案

10.能量守恒定律与能源 问题导学 一、功与能量转化的关系 活动与探究 1 1．功与能量可以相互转化吗？功与能量之间存在着什么关系呢？[来源:学§科§网 Z§X§X§K] 2．功与能量转化的关系（简称功能关系）在力学中有哪些具体体现？ 迁移与应用 1 如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮 K，一条不可伸长的轻绳绕过 K 分别与物块 A、B 相连，A、B 的质量分别为 mA、mB。开始时系统处于静止状态。现用一水 平恒力 F 拉物块 A，使物块 B 上升。已知当 B 上升距离为 h 时，B 的速度为 v。求此过程中 物块 A 克服摩擦力所做的功。（重力加速度为 g） 1．功与能是两个不同的概念，功是力在空间上的积累，做功需要一个过程。能反映了 物体对外做功的本领。两者有本质的区 别，且功与能不能相互转化。 2．应用功能关系时，应搞清力对“谁”做功，对“谁”做功就对应“谁”的位移，引 起“谁”的能量的变化。如子弹物块模型中，摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解， 这个功引起了子弹动能的变化。 3．能的转化必通过做功来实现，某种性质的力做的功是与某种形式的能量变化相对应 的，比如：W 合＝ΔEk、WG＝－ΔEp、Wf 相对＝ΔE 内等。 二、对能量守恒定律的理解 活动与探究 2 1．如何理解能量“转化”“转移”与守恒的关系？ 2．说明下列现象中能量是怎样转化的。 （1）水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越变越小，最后停止。 （2）在阻尼振动中，单摆摆动的幅度越来越小，最后停下来。 （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）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。 迁移与应用 2[来源:学科网] 如图所示，质量为 m 的木块以速度 v0 滑上原来静止的质量为 M 的木板，水平地面光滑， 木板和木板间的动摩擦因数为μ，木板长为 L，当木块运动到木板的另一端时，它们的速度 分别是 v1 和 v2，木板位移为 l。求： （1）摩擦力分别对 m、M 所做的功； （2）m、M 的动能各有怎样的变化？ （3）M、m 的动能变化是否相等？若不相等，应如何解释？ 1．能量守恒定律是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。 2．能量守恒是无条件的，而机械能守恒是有条件的，即只有重力或弹力做功。 3．用能量观点去分析、解决物理问题，往往具有简便、适用范围广等优点，要逐步养 成用能量的观点分析、解决问题的习惯。 4．应用能量守恒定律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化 或转移。 5．应用能量守恒定律解题的步骤 （1）分清有多少形式的能〔如动能、势能（包括重力势能、弹性势能、电势能）、内能 等〕在变化。 （2）明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量ΔE 减和增 加的能量ΔE 增的表达式。 （3）列出能量守恒关系式：ΔE 减＝ΔE 增 。 答案： 【问题导学】 活动与探究 1： 1．答案：（1）功是力对位移的积累，是过程量；能是自然界中一切现象中不变的“东 西”，是状态量，两者本质不同，也不能相互转化。 （2）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。 2．答案：（1）合外力对物体做的功等于物体动能的改变。 W 合＝Ek2－Ek1，即动能定理。 （2）重力做的功对应重力势能的改变。 WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2 重力做多少正功，重力势能减少多少；重力做多少负功，重力势能增加多少。 （3）弹簧弹力做的功与弹性势能的改变相对应。 W 弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2 弹力做多少正功，弹性势能减少多少；弹力做多少负功，弹性势能增加多少。 （4）除重力或弹簧的弹力以外的其他力做的功与物体机械能的增量相对应，即 W 其他 ＝ΔE。 ①除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正功，物体的机械能就增加多少。 ②除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少负功，物体的机械能就减少多少。 ③除重力或弹簧的弹 力以外的其他力不做功或做功的代数和为 0，物体的 机械能守恒。 （5）一对滑动摩擦力做功的代数和等于因摩擦而产生的内能：Q＝ f·x 相，x 相为物体间 相对滑动的距离。 迁移与应用 1：答案：Fh－mBgh－1 2 （mA＋mB）v2 解析：由于连接物块 A、B 的绳子在运动过程中一直绷紧，故物块 A、B 的速度大小一 定相同。 对物块 AB 系统，由动能关系有 Fh－Wf－mBgh＝1 2 （mA＋mB）v2 求得 Wf＝Fh－mBgh－1 2 （mA＋mB）v2。 活动与探究 2：[来源:学科网 ZXXK] 1．答案：（1）某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，且减少量和增加 量相等。[来源:学科网] （2）某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等。 2．答案：（1）汽车的机械能转化为内能。 （2）单摆的机械能转化为内能。 （3）火药爆炸产生燃气，是化学能转化为内能的过程；子弹在燃气的推动下从枪膛发 射出去，是内能转化为机械能的过程；子弹射穿一块钢板，速度减小，是机械能转化为内能 的过程。[来源:学,科,网 Z,X,X,K] （4）柴油机带动发电机发电，是化学能转化为内能，内能再变成机械能，最后再转化 为电能的过程；电能供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能的过 程。 迁移与应用 2：答案：见解析 解析：（1）摩擦力分别对 m、M 做功为 W1＝－μmg（l＋L），W2 ＝μmgl。 （2）m 动能减少了ΔEkm 减＝1 2mv20－1 2mv21 M 动能增加了ΔEkM 增＝1 2Mv22。 （3）由动能定理知 W1＝－ΔEkm 减，即－μmg（l＋L）＝1 2mv21－1 2mv20 W2＝ΔEkM 增，即μmgl＝1 2Mv22 显然，ΔEkm 减＞ΔEkM 增，它们的差值为 1 2mv 20－1 2mv21－1 2Mv22＝μmgL。由能的转化与守恒 定律可知系统减少的动能转化成了木块和木板的内能。