第四节功能关系能量守恒定律
(对应学生用书第89页)
[教材知识速填]
知识点1功能关系
1．内容
(1)功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化．
(2)做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来
实现．
2．做功对应变化的能量形式
(1)合外力的功等于物体的动能的变化．
(2)重力做功引起物体重力势能的变化．
(3)弹簧弹力做功引起弹性势能的变化．
(4)除重力和系统内弹力以外的力做功等于物体机械能的变化．
易错判断
(1)做功的过程一定会有能量转化．(√)
(2)力对物体做了多少功，物体就有多少能．(×)
(3)力对物体做功，物体的总能量一定增加．(×)
知识点2能量守恒定律
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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．
3．表达式
ΔE减＝ΔE增，E初＝E末．
易错判断
(1)能量在转化或转移的过程中，其总量会不断减少．(×)
(2)能量的转化和转移具有方向性，且现在可利用的能源有限，故必须节
约能源．(√)
(3)滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化．(√)
[教材习题回访]
考查点：对功能关系理解
1．(粤教版必修2P89T2)(多选)平直公路上行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()
A．物体克服阻力做功
B．物体动能转化为其他形式的能量
C．物体势能转化为其他形式的能量
D．物体机械能转化为其他形式的能量
[答案]AD
考查点：能量的转化与守恒
2．(沪科版必修2P77T5改编)上端固定的一根细线下面悬挂一摆球，摆球在空气中摆动，摆动的幅度越来越小，对此现象下列说法正确的是() A．摆球机械能守恒
B．总能量守恒，摆球的机械能正在减少，减少的机械能转化为内能
C．能量正在消失
D．只有动能和重力势能的相互转化
[答案]B
考查点：功能关系的计算
3．(沪科版必修2P55T1)(多选)某人用手将质量为1 kg的物体由静止向上提起1 m，这时物体的速度为2 m/s，g取10 m/s2，下列说法中正确的是() A．手对物体做功12 J
B．合外力做功2 J
C．合外力做功12 J
D．物体克服重力做功10 J
[答案]ABD
考查点：能量的转化与守恒
4．(人教版必修2P82T2改编)三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约135 m，水的流量约1.35×104 m3/s.船只通航需要约3 500 m3/s的流量，其余流量全部用来发电．水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能．
(1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率是多少？
(2)设三口之家生活用电平均为0.5 kW，如果三峡电站全部用于城市生活
用电，它大约可以满足多少个百万人口城市的生活用电？
[解析](1)用于发电的水流量Q＝(1.35×104－3.5×103) m3/s＝1.0×104 m3/s
发电功率P＝mgh
t×20%＝
ρVgh
t×20%＝ρQgh×20%＝2.7×10
9 W.
(2)可供给用户数n＝2.7×109
0.5×103
＝5.4×106
人口数为N＝3n＝16.2×106
故可满足16个百万城市的生活用电
[答案](1)2.7×109 W(2)16个
(对应学生用书第90页)
几种常见功能关系的对比
[题组通关]
1．(多选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术．跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)() A．他的动能减少了(F－mg)h
B．他的重力势能减少了mgh－1
2m v
2
C．他的机械能减少了Fh
D．他的机械能减少了mgh
AC[合力做的功等于动能的变化，合力做的功为(mg－F)h，动能减少了(F－mg)h，A正确；重力做的功等于重力势能的变化，故重力势能减小了mgh，B错误；重力以外的力做的功等于机械能的变化，故机械能减少了Fh，C正确，D错误．]
2．(2018·陕西西安联考)(多选)如图5-4-1所示，将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，
光滑定滑轮与直杆的距离为d .杆上的A 点与定滑轮等高，杆上的B 点在A 点正下方距离为d 处．现将环从A 处由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是( )
【导学号：84370232】
图5-4-1
A ．环到达
B 处时，重物上升的高度h ＝d 2
B ．环到达B 处时，环与重物的速度大小相等
C ．环从A 到B ，环减少的机械能等于重物增加的机械能
D ．环能下降的最大高度为43d
[题眼点拨] ①“轻绳”和“光滑直杆”说明质量为m 的环下滑过程中，与重物组成的系统机械能守恒；②“到达B 处”要利用环沿绳的速度分量等于重物上升的速度．
CD [环到达B 处时，对环的速度进行分解，可得v 环cos θ＝v
物，由题图中几何关系可知θ＝45°，则v 环＝2v 物，B 错；因
环从A 到B ，环与重物组成的系统机械能守恒，则环减少的机
械能等于重物增加的机械能，C 对；当环到达B 处时，由题图
中几何关系可得重物上升的高度h ＝(2－1)d ，A 错；当环下
落到最低点时，设环下落高度为H ，由机械能守恒有mgH ＝2mg (H 2＋d 2
－d )，解得H ＝43d ，故D 正确．]
1．对能量守恒定律的两点理解
(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增
加量一定相等．
(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．
2．能量转化问题的解题思路
(1)当涉及滑动摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒
定律．
(2)解题时，首先确定初、末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的
能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和ΔE
减
和增加的能
量总和ΔE
增，最后由ΔE
减
＝ΔE
增
列式求解．
[多维探究]
考向1能量守恒定律的简单应用
1. 蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱．如图5-4-2所示，蹦极
者从P处由静止跳下，到达A处时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点B处，B离水面还有数米距离．蹦极者(视为质点)在其下降的整个过程中，重力势能的减少量为ΔE1、绳的弹性势能的增加量为ΔE2、克服空气阻力做的功为W，则下列说法正确的是()
图5-4-2
A．蹦极者从P到A的运动过程中，机械能守恒
B．蹦极者与绳组成的系统从A到B的过程中，机械能守恒
C．ΔE1＝W＋ΔE2
D．ΔE1＋ΔE2＝W
C[下落过程中有空气阻力做功，所以机械能不守恒，A、B项错误；根据能量守恒，在下落的全过程，有ΔE1＝W＋ΔE2，故C项正确，D项错误．]
如图所示，A 、B 、C 质量分别为m A ＝0.7 kg ，m B ＝0.2 kg ，m C ＝0.1 kg ，B 为套在细绳上的圆环，A 与水平桌面的动摩擦因数μ＝0.2，另一圆环D 固定在桌边外侧，离地面高h 2＝0.3 m ．当B 、C 从静止下降h 1＝0.3 m ，C 穿环而过，B 被D 挡住，不计绳子质量和滑轮的摩擦，取g ＝10 m/s 2，若开始时A 离桌边足够远．试求：
(1)物体C 穿环瞬间的速度；
(2)物体C 能否到达地面？如果能到达地面，其速度多大？
[解析](1)由能量守恒定律得：(m B ＋m C )gh 1＝12(m A ＋m B ＋m C )v 21＋μm A gh 1
可求得：v 1＝25 6 m/s.
(2)设物体C 到达地面时的速度为v 2，由能量守恒定律得：
m C gh 2＝12(m A ＋m C )v 22－12(m A ＋m C )v 21＋μm A gh 2
可求得：v 2＝6610 m/s ，故物体C 能到达地面，到达地面时的速度为6610
m/s.
[答案](1)25 6 m/s (2)能 6610 m/s
考向2 涉及弹簧(或橡皮绳)类的能量守恒问题
2．在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和蹦床的协助下实现上下弹跳．如图5-4-3所示，某次蹦床活动中小孩静止时处于O 点，当其弹跳到最高点A 后下落可将蹦床压到最低点B ，小孩可看成质点，不计空气阻力，下列说法正确的是( )
图5-4-3
A．从A运动到O，小孩重力势能减少量大于动能增加量
B．从O运动到B，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量
C．从A运动到B，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量
D．若从B返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量
A[从A运动到O，小孩重力势能减少量等于动能增加量与弹性绳的弹性势能的增加量之和，选项A正确；从O运动到B，小孩动能和重力势能的减少量等于弹性绳和蹦床的弹性势能的增加量，选项B错误；从A 运动到B，小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能增加量，选项C错误；若从B返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床和弹性绳弹性势能减少量之和，选项D错误．]
3．(2018·河南名校联考)如图5-4-4所示，在某竖直平面内，光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接内壁光滑、半径r＝0.2 m的四分之一细圆管CD，管口D端正下方直立一根劲度系数k＝100 N/m的轻弹簧，弹簧一端固定，另一端恰好与管口D端平齐．一个质量为1 kg的小球放在曲面AB 上，现从距BC的高度h＝0.6m处静止释放小球，它与BC间的动摩擦因数μ＝0.5，小球进入管口C端时，它对上管壁有F N＝2.5mg的作用力，通过CD 后，在压缩弹簧过程中小球速度最大时弹簧的弹性势能E p＝0.5 J．重力加速度g取10 m/s2.求：
图5-4-4
(1)小球在C处受到的向心力大小；
(2)在压缩弹簧过程中小球的最大动能E km；
(3)小球最终停止的位置.
【导学号：84370233】
[题眼点拨] ①“对上管壁有F N 的作用力”要想到在c 点时向心力的来源；②“速度最大时弹簧的弹性势能E p ＝0.5 J ”要利用速度最大时小球重力等于弹簧弹力的条件分析弹簧的形变量．
[解析](1)小球进入管口C 端时，它与圆管上管壁有大小为F N ＝2.5mg 的相互作用力，故对小球由牛顿第二定律有
F N ＋mg ＝F n
解得F n ＝35 N.
(2)在压缩弹簧过程中，速度最大时合力为零．
设此时小球离D 端的距离为x 0，则有kx 0＝mg
解得x 0＝mg k ＝0.1 m
在C 点，有F n ＝m v 2C r
解得v C ＝7 m/s
由能量守恒定律有mg (r ＋x 0)＝E p ＋(E km －12m v 2C )
解得E km ＝mg (r ＋x 0)＋12m v 2C －E p ＝6 J.
(3)小球从A 点运动到C 点过程，由动能定理得
mgh －μmgs ＝12m v 2C
解得B 、C 间距离s ＝0.5 m
小球与弹簧作用后返回C 处动能不变，小球的动能最终消耗在与BC 水平面相互作用的过程中．
设小球与弹簧作用后在BC 上运动的总路程为s ′，由能量守恒定律有
μmgs ′＝12m v 2C
解得s ′＝0.7 m
故最终小球在BC 上距离C 为0.5 m －(0.7 m －0.5 m)＝0.3 m(或距离B 端为0.7 m －0.5 m ＝0.2 m)处停下．
[答案](1)35 N(2)6 J(3)停在BC上距离C端0.3 m处(或距离B端0.2 m 处)
如图所示，固定斜面的倾角θ＝30°，物体A与斜面之间的动摩擦因数μ
＝
3
2，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点．用
一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L.现给A、B一初速度v0>gL，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点．已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求：
(1)物体A向下运动刚到C点时的速度；
(2)弹簧的最大压缩量；
(3)弹簧的最大弹性势能．
[解析](1)A与斜面间的滑动摩擦力F f＝2μmg cos θ，物体A向下运动到C
点的过程中，根据能量守恒定律可得：2mgL sin θ＋1
2·3m v
2
＝
1
2·3m v
2＋mgL
＋F f L
解得v＝v20－gL.
(2)从物体A接触弹簧，将弹簧压缩到最短后又恰回到C点，对系统应用
动能定理－F f·2x＝0－1
2×3m v
2
解得x＝v20
2g－
L
2.
(3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中，对系统根据能量守恒
定律可得：E p＋mgx＝2mgx sin θ＋F f x所以E p＝F f x＝3m v20
4－
3mgL
4.
[答案](1)v20－gL(2)v20
2g－
L
2
(3)3m v 204－3mgL 4
考向3 能量守恒定律与图象的结合问题
4．(多选)如图5-4-5所示，一质量为m 的小球以初动能E k0从地面竖直向上抛出，已知运动过程中受到恒定阻力f ＝kmg 作用(k 为常数且满足0 图5-4-5 A ．E 1是最大势能，且E 1＝E k0k ＋2 B ．上升的最大高度h 0＝E k0(k ＋1)mg C ．落地时的动能E k ＝kE k0k ＋1 D ．在h 1处，物体的动能和势能相等，且h 1＝ E k0(k ＋2)mg BD [因小球上升的最大高度为h 0，由图可知其最大势能E 1＝ E k0k ＋1，又E 1＝mgh 0，得h 0＝E k0(k ＋1)mg ，A 项错误，B 项正确．由图可知，小球上升过程中克服阻力做功为E k0－E k0k ＋1 ，因小球所受阻力恒定，且上升和下落高度相等，则小球下落过程中克服阻力做功为E k0－E k0k ＋1 ，则小球落地时的动能E k ＝E k0k ＋1－? ????E k0－E k0k ＋1＝1－k k ＋1E k0 ，C 项错误．在h 1处，小球的动能和势能相等，则有E k0－(mg ＋f )h 1＝mgh 1，解得h 1＝ E k0(k ＋2)mg ，D 项正确．] 1．对摩擦生热的理解 (1)从功的角度看，一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量． (2)从能量的角度看，是其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量． 2．两种摩擦力做功情况比较 [母题] 如图5-4-6所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB 的下端与光滑的圆弧轨道BCD 相切于B ，C 是最低点，圆心角∠BOC ＝37°，D 与圆心O 等高，圆弧轨道半径R ＝1.0 m ，现有一个质量为m ＝0.2 kg 可视为质点的小物体，从D 点的正上方E 点处自由下落，D 、E 距离h ＝1.6 m ，小物体与斜面AB 之间的动摩擦因数μ＝0.5.sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s 2.求： 图5-4-6 (1)小物体第一次通过C 点时对轨道的压力； (2)要使小物体不从斜面顶端飞出，斜面至少要多长； (3)若斜面已经满足(2)要求，请首先判断小物体是否可能停在斜面上．再研究小物体从E点开始下落后，整个过程中系统因摩擦所产生的热量Q. 【导学号：84370234】[题眼点拨]①“粗糙斜面”要利用μ＝0.5分析物体是否会停在斜面上； ②“光滑圆弧”要想到物体有可能最终在圆弧上往复性运动． [解析](1)小物体从E点到C点，由能量守恒定律得 mg(h＋R)＝1 2m v 2 C① 在C点，由牛顿第二定律得F N－mg＝m v2C R② 联立①②式解得F N＝12.4 N. 根据牛顿第三定律可知小物体对轨道的压力大小为12.4 N，方向竖直向下． (2)从E→D→C→B→A过程，由动能定理得 W G＋W f＝0 ③ W G＝mg[(h＋R cos 37°)－L AB sin 37°] ④ W f＝－μmg cos 37°·L AB ⑤ 联立③④⑤式解得L AB＝2.4 m. (3)因为mg sin 37°>μmg cos 37°(或μ 所以，小物体不会停在斜面上．小物体最后以C为中心，B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动，从E点开始直至运动稳定，系统因摩擦所产生的热量Q＝ΔE p ⑥ ΔE p＝mg(h＋R cos 37°) ⑦ 联立⑥⑦式解得Q＝4.8 J. [答案](1)12.4 N方向竖直向下(2)2.4 m (3)小物体不会停在斜面上 4.8 J [母题迁移] 迁移1传送带问题中摩擦力做功分析 1.如图5-4-7所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动 机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体经过一段时间能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程中，下列说法正确的是() 图5-4-7 A．电动机做的功为1 2m v 2 B．摩擦力对物体做的功为m v2 C．传送带克服摩擦力做的功为1 2m v 2 D．电动机增加的功率为μmg v D[由能量守恒可知，电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的内能，选项A错误；对物体受力分析知，仅有摩擦力对物体做功， 由动能定理知，其大小应为1 2m v 2，选项B错误；传送带克服摩擦力做功 等于摩擦力与传送带对地位移的乘积，可知这个位移是物体对地位移的两倍，即W＝m v2，选项C错误；由功率公式知电动机增加的功率为μmg v，选项D正确．] 如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v0＝2 m/s的速率运行，现把一质量为m＝10 kg的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h＝1.5 m 的高处，g取10 m/s2，求： (1)工件与传送带间的动摩擦因数； (2)电动机由于传送工件多消耗的电能． [解析](1)由题图可知，皮带长x ＝h sin θ＝3 m ．工件速度达v 0前，做匀加 速运动的位移x 1＝v t 1＝v 02t 1 匀速运动的位移为x －x 1＝v 0(t －t 1) 解得加速运动的时间t 1＝0.8 s 加速运动的位移x 1＝0.8 m 所以加速度a ＝v 0t 1 ＝2.5 m/s 2 由牛顿第二定律有：μmg cos θ－mg sin θ＝ma 解得：μ＝32. (2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量． 在时间t 1内，皮带运动的位移 x 皮＝v 0t 1＝1.6 m 在时间t 1内，工件相对皮带的位移 x 相＝x 皮－x 1＝0.8 m 在时间t 1内，摩擦生热 Q ＝μmg cos θ·x 相＝60 J 工件获得的动能E k ＝12m v 20＝20 J 工件增加的势能E p ＝mgh ＝150 J 电动机多消耗的电能W ＝Q ＋E k ＋E p ＝230 J. [答案](1)32 (2)230 J 迁移2 “滑块—木板”问题中摩擦力做功分析 2．(2018·衡水四调)如图5-4-8甲所示，质量M ＝1.0 kg 的长木板A 静止在光滑水平面上，在木板的左端放置一个质量m ＝1.0 kg 的小铁块B ，铁块与木板间的动摩擦因数μ＝0.2，对铁块施加水平向右的拉力F ，F 大小随时间变化如 图乙所示，4 s时撤去拉力．可认为A、B间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取重力加速度g＝10 m/s2.求： 甲乙 图5-4-8 (1)0～1 s内，A、B的加速度大小a A、a B； (2)B相对A滑行的最大距离x； (3)0～4 s内，拉力做的功W； (4)0～4 s内系统产生的摩擦热Q. [题眼点拨]①“木板A静止在光滑水平面上”说明若水平方向对木板A 施力，木板A会做加速运动；②“F大小随时间变化如图乙所示”，要根据数据分析A、B两物体是否发生相对滑动． [解析](1)在0～1 s内，A、B两物体分别做匀加速直线运动 根据牛顿第二定律得μmg＝Ma A F1－μmg＝ma B 代入数据得a A＝2 m/s2，a B＝4 m/s2. (2)t1＝1 s后，拉力F2＝μmg，铁块B做匀速运动，速度大小为v1： 木板A仍做匀加速运动，又经过时间t2，速度与铁块B相等． v1＝a B t1 又v1＝a A(t1＋t2) 解得t2＝1 s 设A、B速度相等后一起做匀加速运动，运动时间t3＝2 s，加速度为a F2＝(M＋m)a a＝1 m/s2 木板A受到的静摩擦力f＝Ma<μmg，A、B一起运动 x＝1 2a B t 2 1 ＋v1t2－ 1 2a A(t1＋t2) 2 代入数据得x＝2 m. (3)时间t 1内拉力做的功W 1＝F 1x 1＝F 1·12a B t 21＝12 J 时间t 2内拉力做的功W 2＝F 2x 2＝F 2v 1t 2＝8 J 时间t 3内拉力做的功 W 3＝F 2x 3＝F 2(v 1t 3＋12at 23)＝20 J 4 s 内拉力做的功W ＝W 1＋W 2＋W 3＝40 J. (4)系统的摩擦热Q 只发生在t 1＋t 2时间内，铁块与木板相对滑动阶段，此过程中系统的摩擦热Q ＝μmg ·x ＝4 J. [答案](1)2 m/s 2 4 m/s 2 (2)2 m (3)40 J (4)4 J 高中物理热力学第一定律能量守恒定律导学 案教科版选修 能量守恒定律课标： １、通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 ２、认识热力学第一定律。理解能量守恒定律。用能量守恒观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 学习目标： 1、了解热力学第一定律，并会用其数学表达式进行简单的计算 2、理解热力学第一定律中各量的正负号的含义 3、理解能量守恒定律，能用其解释一些常见的现象 4、知道是什么是第一类永动机，不能制成的原因是违背了能量守恒定律重点和难点： 1、利用热力学第一定律和能量守恒定律分析计算一些常见的物理习题 2、热力学第一定律中各量的正负的取值课程导学： 1、内能的决定因素改变物体内能的两种方式和 2、区分内能、热量、功预习： 一、热力学第一定律 1、内容： 2、表达式： 3、公式中各量的符号： ① ΔU：内能增加，取值；内能减少取值② W：外界对系统做功，即系统对外界做负功，取值；系统对外界做功，即外界对系做负功，取值③ Q：系统从外界吸收热量，即外界向系统传递热量，取值系统向外界放出热量，即外界从系统吸收热量，取值 【练习１】 一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104J的功，气体的内能减少了 1、2105J，则下列各式中正确的是（） A、W=8104J，ΔU = 1、2105J ，Q=4104J B、W=8104J，ΔU =－ 1、2105J ，Q=－2105J C、W=－8104J，ΔU = 1、2105J ，Q=2104J D、W=－8104J，ΔU =－ 1、2105J ，Q=－4104J 【练习2】 第二十四讲 电能 能量守恒定律 测 试 内 容 测 试 要 求 考 情 分 析 焦耳定律 A ★★★ 电动势 闭合电路欧姆定律 A ★★★ 探究、实验:测定电源电动势和内阻 a 1. 电源:从能量转化的角度看,是通过 把其他形式的能转化为 的装置． 2. 电源的电动势: (1) 描述把其他形式的能转化为电能的 的物理量． (2) 电动势定义式: ．单位: ． 3. 闭合电路欧姆定律 (1) 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟 成反比． (2) 公式: ． 4. 焦耳定律表达式: ． 5. 伏安法测电源的电动势和内阻: (1) 原理:根据闭合电路欧姆定律的表达式 ． (2) 实验电路图(在线框中画出): 6. 实验数据处理与误差分析: (1) 为了减小偶然误差,要多做几次实验,多取几组数据利用拟合法作图．如图所示,这条直线 就是被测电源电动势E(对应的I ＝0), 就是被测电源的内阻r(特别要注意:有时纵坐标的起始点不是0,求内阻的一般式应该是r ＝|ΔU ΔI |)． (2) 误差:电动势的测量值E测真实值,内电阻的测量值r测真实值． 1. 电功和电热: 对纯电阻电路,有W＝Q、P电＝P热；对非纯电阻电路,有W>Q,P电>P热． 2. 电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量,单位为A·h、mA·h. 3. 用电压表和电流表测电源的电动势和内阻系统误差分析: 本实验电路中电压表的示数是准确的,而电流表的示数比通过电源的实际电流小,所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的．为了减小这个系统误差, 滑动变阻器R的阻值应该小一些,所选用的电压表的内阻应该大一些． 【例1】两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中,A的长度为L,直径为d；B的长度为2L,直径为2d.那么,通电后在相同的时间内产生的热量之比为() A. Q A∶Q B＝1∶2 B. Q A∶Q B＝2∶1 C. Q A∶Q B＝1∶1 D. Q A∶Q B＝4∶1 笔记: 【例2】一台直流电动机的电阻为R,额定电压为U,额定电流为I,当其正常工作时,下述正确的是() A. 电动机所消耗的电功率为I2R B. t秒内所产生的电热为UIt C. t秒内所产生的电热为U2 R t D. t秒内输出的机械能为(U－IR)It 笔记: 【例3】(2020届苏州学业水平模拟)如图所示,已知电源电动势E＝3 V,内电阻r＝1 Ω,电阻 R＝5 Ω,电路中的电表均为理想电表．则当开关S闭合时,电流表的读数为A,电压表的读数为V. 笔记: 【例4】(2020届无锡学业水平模拟)如图所示为测电源电动势和内阻实验中得出的UI图象,从图中可知该电源的电动势E＝V,内阻r＝Ω. 《能量守恒定律》教学设计集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 《能量守恒定律》教学设计 （第一课时） 福建省泉州市第一中学叶其武 一．学习任务分析 1．教材的地位和作用 能量守恒定律是自然界普遍规律，它是不仅是解决力学问题的金钥匙之一，同时它也统领了整个高中物理力，热，电，光，原等各个章节。学了这章的知识，对于变力等问题就有了解决的方法和手段。学了这章的知识，学生解决物理问题的思维方法也要开阔，对物理问题即要从力和运动的角度分析，还要从功和能关系的分析。 2．教学重点和难点： 1．机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；能够应用机械能守恒定律解决有关问题。 2．能否正确选用机械能守恒定律解决问题是本节学习的另一难点。通过本节学习应让学生认识到，从功和能的角度分析、解决问题是物理学的重要方法之一；同时进一步明确，在对问题作具体分析的条件下，要能够正确选用适当的物理规律分析、处理问题。 。 二．学习者情况分析 在学习这一内容之前，所教的学生已知道功，能，动能，势能，重力势等概念。掌握了重力能变化与重力功的关系，合外力功与动能变化的关系等规律；会计算恒力的功，会用动能定理计算变力的功，会用动能定理计算描述变速运动的物理量。在能力方面已近学过许多物理规律的推导，具有一定的演绎推理能力。经过以往的多媒体教学，他们比较熟悉和习惯用计算机课件上课的方式.学生对物理学的研究方法已有一定的了解，，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。 在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚兴趣；有较强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队精神。 三．教学目标分析 1．知识与技能： ①．通过实验能验证机械能守恒定律。 ②．理解机械能守恒定律。会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。 ③了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒定律是最基本，最普遍的自然规律之一。 2．过程与方法： ①．让学生通过已有日常生活和实践中的能量转化的经历，提出如何验证能量转化和守恒定律。接着让学生设计验证性实验，体会验证性实验的探究过程。 ②．在探究过程中，渗透科学研究方法，知道影响实验的有关因素并加以控制，例如各种阻力。会纪录，分析和处理数据。 ③讨论实验得出的结论以及如何减小实验误差。 《能量守恒定律》教学设计 （第一课时） 一．学习任务分析 1．教材的地位和作用 能量守恒定律是自然界普遍规律，它是不仅是解决力学问题的金钥匙之一，同时它也统领了整个高中物理力，热，电，光，原等各个章节。学了这章的知识，对于变力等问题就有了解决的方法和手段。学了这章的知识，学生解决物理问题的思维方法也要开阔，对物理问题即要从力和运动的角度分析，还要从功和能关系的分析。 2．教学重点和难点： 1．机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；能够应用机械能守恒定律解决有关问题。 2．能否正确选用机械能守恒定律解决问题是本节学习的另一难点。通过本节学习应让学生认识到，从功和能的角度分析、解决问题是物理学的重要方法之一；同时进一步明确，在对问题作具体分析的条件下，要能够正确选用适当的物理规律分析、处理问题。 。 二．学习者情况分析 在学习这一内容之前，所教的学生已知道功，能，动能，势能，重力势等概念。掌握了重力能变化与重力功的关系，合外力功与动能变化的关系等规律；会计算恒力的功，会用动能定理计算变力的功，会用动能定理计算描述变速运动的物理量。在能力方面已近学过许多物理规律的推导，具有一定的演绎推理能力。经过以往的多媒体教学，他们比较熟悉和习惯用计算机课件上课的方式.学生对物理学的研究方法已有一定的了解，，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。 在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚兴趣；有较强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队精神。 三．教学目标分析 1．知识与技能： ①．通过实验能验证机械能守恒定律。 ②．理解机械能守恒定律。会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。 【本讲教育信息】 一、教学内容： 能量守恒定律及应用 二、考点点拨 能的转化和守恒定律是自然界最普遍遵守的守恒定律，它在物理学中的重要地位是无可替代的，而用能的转化和守恒定律的观点解决相关问题是高中阶段最重要的内容之一，是历年高考必考和重点考查的内容。 三、跨越障碍 （一）功与能 功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量转化，而且能的转化必通过做功来实现。 功能关系有： 1. 重力做的功等于重力势能的减少量，即P G E W ?-= 2. 合外力做的功等于物体动能的增加量，即K E W ?=∑ 3. 重力、弹簧弹力之外的力对物体所做的功等于物体机械能的增加量，即E W ?=其它 4. 系统内一对动摩擦力做的功等于系统损失的机械能，等于系统所增加的内能，即相对动内s f Q E E ?==?=? （二）能的转化和守恒定律 1. 内容：能量既不能凭空产生，也不会凭空消失。它只能从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式，而能的总量不变。 2. 定律可以从以下两方面来理解： （1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量相等。 （2）某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等。 这也是我们应用能量守恒定律列方程式的两条基本思路。 （三）用能量守恒定律解题的步骤 1. 分清有多少种形式的能（如动能、势能、内能、电能等）在变化。 2. 分别列出减少的能量减E ?和增加的能量增E ?的表达式。 3. 列恒等式减E ?=增E ? 例1：如图所示，质量为m 的小铁块A 以水平速度0v 冲上质量为M 、长为l 、置于光滑水平面C 上的木板B 。正好不从木板上掉下。已知A 、B 间的动摩擦因数为μ，此时长木板对地位移为s 。求这一过程中： （1）木板增加的动能； （2）小铁块减少的动能； （3）系统机械能的减少量； （4）系统产生的热量 解析：在此过程中摩擦力做功的情况：A 和B 所受摩擦力分别为F 、F '，且F =mg μ，A 在F 的作用下减速，B 在F '的作用下加速，当A 滑动到B 的右端时，A 、B 达到一样的速度A 就正好不掉下 （1）根据动能定理有：mgs s f E B KB μ=?=? （2）滑动摩擦力对小铁块A 做负功，根据功能关系可知)(l s mg s f E A KA +=?=?μ （3）系统机械能的减少量mgl mv mv mv E E E μ=+-= -=?)2121(212220末初 （4）m 、M 相对位移为l ，根据能量守恒mgl s f Q μ=?=相对动 例2：物块质量为m ，从高为H 倾角为θ的斜面上端由静止开始沿斜面下滑。滑至水平面C 点处停止，测得水平位移为x ，若物块与接触面间动摩擦因数相同，求动摩擦因数。 解析：以滑块为研究对象，其受力分析如图所示，根据动能定理有0)cot (sin cos =---θμθθμH x mg H mg mgH 即0=-x H μ x H = μ 例3：某海湾共占面积7100.1?2m ，涨潮时平均水深20m ，此时关上水坝闸门，可使水 位保持在20 m 不变。退潮时，坝外水位降至18 m （如图所示）。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10％，每天有两次涨潮，该发电站每天能发出多少 能量守恒定律的综合应 用导学案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 能力呈现 【考情分析】 能量转化与守恒是贯穿整个物理的一条主线,每年的高考中都要涉及到,综合程度高,考查的能力要求高.功能关系和能量守恒是高考的重点,更是高考的热点.往往与电场、磁场以及典型的运动规律相联系,并常作为压轴题出现.在试卷中以计算题的形式考查得较多,也有在选择题中出现.另外,还可能从以下角度组织命题:(1) 滑动摩擦力做功情况下的功能关系问题.(2) 与带电粒子在电场、磁场、复合场中的运动相综合的问题. 【备考策略】 牢固树立能量转化与守恒的思想,正确判断功能转化中遵从的数量关系,综合力学、电磁学、热学等中的能量转化与守恒关系并能熟练地应用,体会应用守恒方法解题是首选的方法. 1. (多选)(2013·全国)如图所示,一固定斜面的倾角为30°.一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动,加速度大小等于重力加速度的大小g.物块上升的最大高度为H,则此过程中,物块的() A. 动能损失了2mgH B. 动能损失了mgH C. 机械能损失了mgH D. 机械能损失了mgH 2. (多选)(2013·上海联考)如图所示为竖直平面内的直角坐标系.一质量为m的质点在拉力F和重力的作用下,从坐标原点O由静止开始沿直线ON斜向下运动,直线ON与y轴负方向成θ角(θ<90°).不计空气阻力,则下列说法中正确的是() A. 当F=mgtanθ时,拉力F最小 B. 当F=mgsinθ时,拉力F最小 C. 当F=mgsinθ时,质点的机械能守恒 D. 当F=mgtanθ时,质点的机械能可能减小也可能增大 3. (多选)(2013·南京学情调研)如图所示,卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于固定斜面上的木箱,使之沿斜面加速向上移动.在移动过程中() A. 木箱克服重力所做的功等于木箱增加的重力势能 B. F对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和 C. F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和 D. F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和 4. (多选)(2013·泰州一模)如图所示,长直杆CPD与水平面成45°角,由不同材料拼接而成,P为两材料分界点,DP>CP.一个圆环套在长直杆上,让圆环无初速从顶端滑到底端(如左图).再将长直杆两端对调放置, 初中物理新课程标准教材 物理教案( 2019 — 2020学年度第二学期 ) 学校： 年级： 任课教师： 物理教案 / 初中物理 / 九年级物理教案 编订：XX文讯教育机构 能量守恒定律(教案) 教材简介:本教材主要用途为通过学习物理知识，可以让学生培养自己的逻辑思维能力,对事物的理解认识也会有一定的帮助，本教学设计资料适用于初中九年级物理科目, 学习后学生能得到全面的发展和提高。本内容是按照教材的内容进行的编写，可以放心修改调整或直接进行教学使用。 “”教学目标 a. 知道能的转化在自然界中是非常普遍的，并能举一些能的转化的例子 b. 知道的内容，并能用它来说明一些简单的问题 C. 建立朴素的唯物主义观，对学生进行思想教育 教学建议 教材分析 分析：本节内容是对本章及以前所学物理知识从能量的观点进行了一次综合、深化和再认识．教材首先分析自然界中各种能量之间的转化，揭示它们之间的本质联系：能量，并分析一系列熟知的能量转化的事例，指出能量的转化与守恒．最后阐述了能的转化与守恒定律的普遍性和重要性． 教法建议 建议一：是一个实验规律，列举能量转化的实例，是学生理解和掌握能量守恒的基础， 因此在教学过程中要充分利用学生已知知识，对这些实例中的能的转化进行具体分析．建议二：在教学过程中，应重点强调定律的两个方面：转化与守恒．另外还要强调该定律的普遍性和重要性，可列举19世纪的自然科学史对学生进行教育． “”教学设计示例课题 教学重点 能量转化与守恒 教学难点 对能量转化与守恒的理解 教学方法 讲授 知识内容 教师活动 学生活动 一、能量的多样性 对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多样的 二、能的转化 第七章机械能守恒定律 10能量守恒定律与能源 学习目标 1.理解能量守恒定律,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. 3.感知我们周围能源的耗散,树立节能意识. 自主探究 1.能量 (1)概念 一个物体能够对外,我们就说这个物体具有.如运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量,又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对外做功.因此这些物体都具有能量. (2)形式 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. (3)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减少时,一定存在其他物体的能量,且减少量一定增加量;当某种形势的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定增加量. (4)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(或转移)的. 2.能量守恒定律 (1)内容 能量既不会,也不会,它只会从一种形式为另一种形式,或者从一个物体到别的物体,在转化或转移过程中,能量的总量,这个规律叫做能量守恒定律. (2)定律的表达式 ①;②. 3.能源和能量耗散 (1)能源是人类社会活动的物质基础.人类利用能源大致经历了三个时期,即,,. (2)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 10.3 热力学第一定律能量守恒定律 风陵渡中学王佩 【教学方法】讲授法讨论法 【教学目的】 知识与技能 1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种 形式的能在一定条件下可以相互转化 2.进一步掌握能量的转化和守恒定律，并了解能量的转化和守恒定律的意义 3.运用公式△U＝W＋Q 分析有关问题并具体进行计算 过程与方法 通过实例分析，进行热力学第一定律的相关计算 情感态度与价值观 1.利用能量的转化和守恒的观点，分析物理现象，解决物理问题 2.感知我们周围能源的耗散，树立节能意识 【教学重点】热力学第一定律 【教学难点】能量守恒定律 【教具】多媒体课件 【教学过程】 一、新课导入 图片展示—冷—措施（搓手，运动，哈气，烤火…）—引出改变内能两种方式 师：改变内能的方式有哪些? 生：做功，热传递 师：很好。既然做功和热传递都可以改变内能，那么，功、热量跟内能的改变之间遵循怎样的关系，这节课我们一起来探究。 二、新课教学 问题探究 1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么： ①如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？ （图片展示开启易拉罐碳酸饮料瞬间，气体冒出，体验感觉—温度降低） ②如果外界对物体做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？ （图片展示有机玻璃筒放棉花—迅速压下活塞，棉花点燃） ①内能减少W ②内能增加W 2.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么： ①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？ （图片展示水吸收热量） ②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？ （图片展示电暖宝充好电放热） ①内能增加Q ②内能减少Q 3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的 一. 教学内容： 第九节实验：验证机械能守恒定律 第十节能量守恒定律与能源 二. 知识要点： 1. 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。掌握验证机械能守恒定律的实验原理。通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。 2. 理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。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。 三. 重难点解析： 1. 实验：验证机械能守恒定律 实验目的：验证机械能守恒定律。 实验原理： 通过实验，分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律：△EP=△EK 实验器材 打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。 实验步骤： （1）如图所示装置，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。 （2）用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。 （3）从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…，计算相应的重力势能减少量，mgh。如图所示。 （4）依步骤（3）所测的各计数点到O点的距离hl、h2、h3…，根据公式vn= 计算物体在打下点l、2…时的即时速度v1、v2…。计算相应的动能 （5）比较实验结论： 在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒。 选取纸带的原则： （1）点迹清晰。 （2）所打点呈一条直线。 （3）第1、2点间距接近2mm。 本实验应注意的几个问题： （1）安装打点计时器时，必须使两个纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力； （2）实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动。待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点； （3）打点计时器必须接50Hz的4V?D6V的交流电； （4）选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带； 第2 课时 能量守恒定律 学习目标 核心提炼 1.知道机械能的概念，并会求机械能。 2.理解机械能守恒定律及其适用条件、表达式。 3.会用机械能守恒定律分析解答问题。 4.理解能量守恒定律及其表达式。 1个概念——机械能 1个条件——机械能守恒条件 2个定律——机械能守恒定律、能 量守恒定律 一、机械能守恒定律 阅读教材第34～35页“机械能守恒定律”部分，知道机械能的概念，会利用自由落体运动推导机械能守恒定律的表达式。 1.机械能：物体的动能和势能之和。 2.推导：如图1所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为W G ，由重力做功和重力势能的变化关系可知W G ＝mg (h 1－h 2)＝E p1－E p2。① 图1 由动能定理得 W G ＝1 2mv 22－12 mv 2 1② ①②联立可得mgh 1－mgh 2＝12mv 22－12mv 21，mgh 1＋12mv 21＝mgh 2＋12mv 2 2， 由机械能的定义得E k1＋E p1＝E k2＋E p2。 3.内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能可以发生相互转化，但机械能的总量保持不变。 4.条件：只有重力对物体做功，与运动方向和轨迹的曲、直无关。 5.表达式： (1)12mv 21＋mgh 1＝12mv 2 2＋mgh 2或E k1＋E p1＝E k2＋E p2。 (2)mgh 1－mgh 2＝12mv 22－12mv 21 即ΔE p 减＝ΔE k 增。 思维拓展 (1)如图2所示，大型的过山车在轨道上翻转而过。过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略与轨道摩擦和空气阻力，机械能是否守恒？ 图2 (2)如图3所示，在光滑水平面上，被压缩的弹簧恢复原来形状的过程，弹性势能如何变化？弹出的物体的动能如何变化？当物体以某一初速度压缩弹簧时，弹性势能如何变化，物体的动能如何变化？ 图3 答案 (1)动能减少，重力势能增加，忽略与轨道摩擦和空气阻力，过山车机械能守恒。 (2)被压缩的弹簧恢复原来形状时，弹性势能减少，被弹出的物体的动能增加；当物体压缩弹簧时，弹性势能增加，物体的动能减少。 二、能量守恒定律 阅读教材第36～37页“能量守恒定律”部分，知道能量的转化及守恒定律的内容。 1.机械能的变化：除重力以外的其他力对物体做功时，物体的机械能就会发生变化。 2.能量的转化：自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有电能、光能、内能、化学能、原子能等，这些能量间都可以相互转化。 3.能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或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保持不变。 4.永动机：不消耗任何能量却能持续不断地对外做功的机器，它违背了能量守恒定律，是不可能制成的。 专题16 能量守恒定律 专题学啥 1.能量的转化 （1）能量及其存在的形式：如果一个物体能对别的物体做功，我们就说这个物体具有能。自然界有多种形式的能量，如风能、内能、水能、电能、化学能、核能等。 （2）能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到另一个物体，如发生碰撞或热传递时；也可以从一种形式转化为另一种形式，如太阳能电池、发电机等。 2.能量守恒定律 （1）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 （2）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 （3）“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。 3.试论述能量的转化、转移和守恒问题。 （1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。 （2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。 （3）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 （4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。 专题考法 【例题1】（2019山东泰安）如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（） 新修订初中阶段原创精品配套教材 物理教案－能量守恒定律教材定制 / 提高课堂效率 /内容可修改 Physics Lesson Plan-Law of Conservation of Energy 教师：风老师 风顺第二中学 编订：FoonShion教育 物理教案－能量守恒定律 “能量守恒定律”教学目标 a. 知道能的转化在自然界中是非常普遍的，并能举一些能的转化的例子 b. 知道能量守恒定律的内容，并能用它来说明一些简单的问题 C. 建立朴素的唯物主义观，对学生进行思想教育 教学建议 教材分析 分析：本节内容是对本章及以前所学物理知识从能量的观点进行了一次综合、深化和再认识．教材首先分析自然界中各种能量之间的转化，揭示它们之间的本质联系：能量，并分析一系列熟知的能量转化的事例，指出能量的转化与守恒．最后阐述了能的转化与守恒定律的普遍性和重要性．教法建议 建议一：能量守恒定律是一个实验规律，列举能量转化的实例，是学生理解和掌握能量守恒的基础，因此在教学过 程中要充分利用学生已知知识，对这些实例中的能的转化进行具体分析． 建议二：在教学过程中，应重点强调定律的两个方面：转化与守恒．另外还要强调该定律的普遍性和重要性，可列举19世纪的自然科学史对学生进行教育． “能量守恒定律”教学设计示例课题 能量守恒定律 教学重点 能量转化与守恒 教学难点 对能量转化与守恒的理解 教学方法 讲授 知识内容 教师活动 学生活动 一、能量的多样性 对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多样的 二、能的转化 不同形式的能之间可以相互转化；做功的过程是能的转化的过程 三、能量守恒定律 《能量守恒定律》教案 《能量守恒定律》教案 从容说课 本节课的设计，教材继续沿用了前几节的课程模式，先由生活中的实例引出研究问题，然后用实验加以证实，让学生接受这个物理事实。接着再从理论上推导、证明，从而得出结论。 这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手，引出动能和重力势能在此过程中是在相互转化的。接着通过实验来证实这个转化过程中的守恒结论。最后提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律。 机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础。 各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中，是物理学的基本规律之一。能量守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开的重要基础。所以这一节知识是本章重要的一节。 机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能。 分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的 重力势能，是本节学习的难点之一。在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。 教学重点 1。理解机械能守恒定律的内容； 2。在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式； 3。理解能量转化和守恒定律。 教学难点 1。从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件； 2。能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。 教具准备 自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子。 课时安排 1课时 三维目标 一、知识与技能 1。知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化； 2。理解机械能守恒定律的内容； 3。在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守 《能量守恒定律》（学案） 班级_____________ 姓名_____________ 2014/3/11 【学习目标】 1、理解能量守恒定律及其重要意义。 2、知道第一类永动机不可能成功的原因。 3、会用能量转化与守恒的观点分析解决有关问题。 【学习过程】 一、能量守恒定律 1、_________可以改变物体的内能，_________也可改变物体的内能。 2、通过________机械能可转化为内能，其它形式的能量也可转化为内能。 3、能量守恒定律 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。 4．定律的表达式：________________________。 5.发现能量守恒定律的意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 重点说明：该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。在应用中，要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。 二、第一类永动机是不可能造成的 1、第一类永动机：不需要任何_________或_________去能不断对外做功，这种机器称为第一类永动机。 2、第一类永动机违背了_____________________。 【反馈训练】 1．(单选)对一定量的气体，下列说法正确的是() A．在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功 B．在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功 C．在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D．在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变 2．(单选)一木块在一不光滑的V形槽内来回滑动的过程中，下列说法正确的是() A．机械能守恒 B．能量正在消失 高中物理能量守恒定律【高中物理能量守恒定律公式 在高中物理学习过程中，能量守恒属于一项极为重要的知识点，熟练掌握这一内容对于提高学生的物理知识分析能力有很大帮助，下面是小编给大家带来的高中物理能量守恒定律公式，希望对你有帮助。高中物理能量守恒定律公式 1.阿伏加德罗常数NA=×1023/mol;分子直径数量级10-10米 2.油膜法测分子直径d=V/s {V:单分子油膜的体积，S:油膜表面积2｝ 3.分子动理论内容：物质是由大量分子组成的;大量分子做无规则的热运动;分子间存在相互作用力。 4.分子间的引力和斥力r10r0，f引=f斥≈0，F分子力≈0，E分子势能≈0 5.热力学第一定律W+Q=ΔU{，W:外界对物体做的正功，Q:物体吸收的热量，ΔU:增加的内能，涉及到第一类永动机不可造出｝ 6.热力学第二定律 克氏表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其它变化; 开氏表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化{涉及到第二类永动机不可造出｝ 7.热力学第三定律：热力学零度不可达到{宇宙温度下限：-摄氏度｝ 注: 布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小，布朗运动越明显,温度越高越剧烈; 温度是分子平均动能的标志; 分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快; 分子力做正功，分子势能减小,在r0处F引=F斥且分子势能最小; 气体膨胀,外界对气体做负功W0;吸收热量，Q>0 物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和，对于理想气体分子间作用力为零，分子势能为零; r0为分子处于平衡状态时，分子间的距离; 其它相关内容：能的转化和定恒定律/能源的开发与利用、环保/物体的内能、分子的动能、分子势能。高中物理能量守恒知识点 功是一个过程量，与力在空间的作用过程相关。恒力功的计算公式与物体运动过程无关;重力功、弹力功与路径无关。功是一个标量，但有正负之分。 功率P：功率是表征力做功快慢的物理量、是标量：P=W/t 。若做功快慢程度不同，上式为平均功率。注意恒力的功率不一定恒定，如初速为零的匀加速运动，第一秒、第二秒、第三秒……内合力的平均功率之比为1：3：5……。已知功率可以求力在一段时间内所做的功W=Pt，这时可能是变力再做功。上式常常用于分析解决机车牵引功率问题，常设有以下两种约束条件：1)发动机功率一定：牵引力与速度成反比，只要速度改变，牵引力F=P/v 将改变，这时的运动一定是变加速运动。2)机车以恒力启动：牵引力F恒定，由P=Fv可知，若车做匀加速运动，则功率P将增加，这种过程直到P达到机车的额定功率为止。 能：自然界有多种运动形式，与不同运动形式相应的存在不同形式的能量：机械运动--机械能;热运动--内能;电磁运动--电磁能;化学运动--化学能;生物运动--生物能;原子及原子核运动--原子能、核能……。动能：物体由于有机械运动速度而具有的能量Ek=mv2/2 能，包括动能和势能，都是标量。都是状态量，如动能由速度决定，重力势能由高度决定，弹性势能由形变状态决定。都具有相对性，物体速度相对于不同的参照物有不同的结果，相应的动能相对于不同的参照物有不同的动能。势能相对于不同的零势能参考面有不同的结果，势能有可能取负值，它意味着此时物体的势能比零势能低。 第四章能量守恒与热力学定律 第1节能量守恒定律的发现 第2节热力学第一定律 1．能量既不会____________，也不会____________，它只能从一种形式________为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，在转化或转移的过程中其________不变，这就是能量守恒定律． 2．一个物体，如果它跟外界不发生热交换，也就是这个物体既没有____________也没有____________，那么，外界对它做多少功，它的内能就____________．反之，物体对外界做多少功，它的内能就____________．即ΔU＝________. 3．如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，这时物体吸收了多少热量，它的内能就____________．反之，物体放出多少热量，它的内能就__________，即ΔU＝________. 4．如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么________________________加上________________________等于物体内能的增加．由此我们可以得到热力学第一定律的数学表达式ΔU＝________.它们的正负号规定如下： 外界对物体做功，W______0；物体对外界做功，W______0. 物体从外界吸热，Q______0；物体向外界放热，Q______0. 物体内能增加，ΔU______0；物体内能减小，ΔU______0. 5．一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统( ) A．机械能守恒 B．总能量守恒 C．机械能和内能增加 D．机械能减少，内能增加 6．关于热传递，下列说法中正确的是( ) A．热传递的实质是温度的传递 B．物体间存在着温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量 7．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是( ) A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 一、选择题 1、关于能量的转化与守恒，下列说法正确的 是（） A．任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，都是一种徒劳 B．空调机既能致热，又能致冷，说明热传递不存在方向性 C．由于自然界的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人忧天 D．一个单摆在来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程的能量不守恒 2、下列过程中，哪个是电能转化为机械能 A．太阳能电池充电B．电灯照明C．电风扇工 作D．风力发电 3、温度恒定的水池中，有一气泡缓缓上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，若不考虑气泡内气体分子间的相互作用力，则下列说法中不正确的是 A．气泡内的气体对外做功 B．气泡内的气体内能不变 C．气泡内的气体与外界没有热交换 D．气泡内气体分子的平均动能保持不变 4、一个系统内能减少，下列方式中哪个是不可能的 A.系统不对外界做功，只有热传递 B.系统对外界做正功，不发生热传递 C.外界对系统做正功，系统向外界放热 D.外界对系统作正功，并且系统吸热 5、下列说法正确的是 A．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大 B．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减少 C．温度升高，物体内每个分子的热运动速率都增大 D．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性 6、一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比， A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定 7、有关气体压强，下列说法正确的是 A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大 B．气体的分子密度增大，则气体的压强一定增大 C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小 8、如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气 体，Q中为真空整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则 A．气体体积膨胀，内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体分子势能增加，压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中 9、关于物体内能的变化，以下说法中正确的 是（） A．物体机械能减少时，其内能也一定减少 能量守恒定律与能源 【教学目标】 一、知识与技能 理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。 二、过程与方法 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 三、情感、态度与价值观 感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。 【教学重点】 能量守恒定律的内容。 【教学难点】 理解能量守恒定律的确切含义。 【教学方法】 教师启发、引导，学生自主阅读、思考，并讨论、交流学习成果。 【教学准备】 投影仪、玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块 【教学过程】 一、引入新课 教师活动：提出问题：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式。我们还知道不同能量之间是可以相互转化的，请你举几个能量转化的例子。 学生活动：思考并回答问题，列举实例。 教师活动：演示实验1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。 思考：小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。 演示实验2：在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。 思考：小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。 学生活动：观察实验并积极思考。讨论后，选出代表发表见解。 教师活动：听取学生汇报，总结点评。回答学生可能提出的问题。 点评：通过学生举例和演示实验，说明各种形式的能量可以相互转化，增强学生的感性认识，并激发学生的学习兴趣，唤起学生强烈的求知欲。 教师活动：引入课题：以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定其他物体能量增加，能量的总和并没有不化。这就是我们今天要学习的能量守恒定律。 二、进行新课 1．能量守恒定律 教师活动：引导学生阅读教材，说出能量守恒定律的内容，并引用教材上的话，说明能量守恒定律的建立有何重大意义？ 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？ 学生活动：认真阅读教材，思考并回答问题 教师活动：提出问题，引出下一课题： 既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？ 2．能源和能量耗散 教师活动：引导学生阅读教材，了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用；人类在利用能源的同时也对环境造成了严重污染。高中物理 热力学第一定律 能量守恒定律导学案 教科版选修
第24讲 电能 能量守恒定律[高中复习汇总]
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