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2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律
7.10能量守恒定律与能源导学案新人教版必修2[学习目标]
1.了解各种不同形式的能,知道能量转化和转移的方向性.2.理解能量守恒定律的内容,会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题.3.了解能量耗散与能源危机,增强节约能源和环境保护的意识.任务一阅读课本,完成对能量守恒定律的研究
一、对能量守恒定律的理解及应用1.表达式E初=E末或ΔE减=ΔE增.2.含义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.3.利用能量守恒定律解题的基本思路1分清有哪几种形式的能如机械能、内能等在变化.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列等式ΔE减=ΔE增求解.【例1】 某地平均风速为5m/s,已知空气密度是
1.2kg/m3,有一风车,它的风叶转动时可形成半径为12m的圆面.如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多大?答案
3.4kW解析 在t时间内作用于风车的气流质量m=πr2v·tρ这些气流的动能为mv2,转变成的电能E=mv2×10%所以风车带动发电机的功率为P==πr2ρv3×10%代入数据得P=
3.4kW.任务二阅读课本,完成对摩擦生热及内能的研究
二、摩擦生热及产生内能的有关计算1.系统内一对静摩擦力即使对物体做功,但由于相对位移为零而没有热能产生,只有物体间机械能的转移.2.作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过程产生的内能.即Q=F滑s相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,s相对必须是两个接触面的相对滑动距离或相对路程.【例2】 如图7-10-1,质量为M、长度为l的小车静止在光滑的水平面上.质量为m的小物块可视为质点放在小车的最左端.现在一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,物块和小车之间的摩擦力为f.经过时间t,小车运动的位移为s,物块刚好滑到小车的最右端 图7-10-1A.此时物块的动能为F-fs+lB.这一过程中,物块对小车所做的功为fs+lC.这一过程中,物块和小车增加的机械能为FsD.这一过程中,物块和小车产生的内能为fl答案 AD解析 对物块分析,物块的位移为s+l,根据动能定理得,F-fs+l=Ek-0,所以物块到达小车最右端时具有的动能为F-fs+l,故A正确;对小车分析,小车的位移为s,所以物块对小车所做的功为fs,故B错误;物块与小车增加的内能Q=fx相对=fl,故D正确;根据能量守恒得,外力F做的功转化为小车和物块的机械能和摩擦产生的内能,则有Fl+s=ΔE+Q,则ΔE=Fl+s-fl,故C错误.故选AD.【例3】 电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图7-10-2所示.传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时.求图7-10-21小木块的位移;2传送带转过的路程;3小木块获得的动能;4摩擦过程中产生的内能;5因传动物体电动机多消耗的电能.答案 1 2 3mv2 4mv25mv2解析 1由牛顿第二定律μmg=ma,得a=μg由公式v=at得t=,小木块的位移s1=t=2传送带始终匀速运动,路程s2=vt=3小木块获得的动能Ek=mv24小木块在和传送带达到共同速度的过程中,相对传送带移动的距离s相对=s2-s1=,产生的内能Q=μmg·s相对=mv25根据能量守恒定律电动机多消耗电能ΔE=Q+mv2=mv2任务三完成对功能关系的研究
三、对功能关系的理解及应用1.功是能量转化的量度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.不同形式的能量变化与不同的功对应1合外力做功等于物体动能的增加量W合=ΔEk2重力做功对应重力势能的改变WG=-ΔEp=Ep1-Ep23弹簧弹力做功对应弹性势能的变化W弹=-ΔEp4除重力及系统内弹力以外的其它力做的功与物体机械能的增量相对应,即W其它=ΔE机5滑动摩擦力对系统做的总功对应系统产生的内能,即ΔE损=Q=F滑·s相对摩擦生热.【例4】 质量为m的物体以加速度a=g,匀加速下落h,g为重力加速度,则 A.物体重力势能减小mghB.物体重力势能减小mghC.物体动能增加mghD.物体机械能减小mgh答案 BCD解析 重力势能减少量等于重力做的功,所以ΔEp减=mgh,故A错,B对;物体动能增量ΔEk等于合力的功,故ΔEk=mah=mgh,C对;物体机械能的减少量等于克服阻力做的功.由牛顿第二定律知mg-f=ma所以f=mg所以机械能减少,ΔE机减=fh=mgh,D对.针对训练 图7-10-3如图7-10-3所示,质量为m的物体可视为质点以某一速度从A点冲上倾角为30°的固定斜面,其运动的加速度大小为g,此物体在斜面上上升的最大高度为h,则在这个过程中物体 A.重力势能增加了mghB.克服摩擦力做功mghC.动能损失了mghD.机械能损失了mgh答案 CD解析 设过程中重力势能增加了mgh,故A错误;加速度a=g=,摩擦力f=mg,物体在斜面上能够上升的最大高度为h,发生的位移为2h,则克服摩擦力做功,故B错误;由动能定理可知,动能损失量为合外力做的功的大小,所以ΔEk=F合·2h=m·g×2h=mgh,故C正确;机械能的损失量为fs=mg·2h=mgh,故D正确.。