高中物理歐姆定律教案
發(fā)表時間:2020-09-28高一物理能量守恒定律。
第3節(jié)能量守恒定律從容說課
本節(jié)課的設計,教材繼續(xù)沿用了前幾節(jié)的課程模式,先由生活中的實例引出研究問題,然后用實驗加以證實,讓學生接受這個物理事實.接著再從理論上推導、證明,從而得出結論.
這節(jié)課教材是從生活中騎自行車上坡的實例入手,引出動能和重力勢能在此過程中是在相互轉化的.接著通過實驗來證實這個轉化過程中的守恒結論.最后提出了自然界中最普遍、最基本的規(guī)律之一能量轉化和守恒定律.
機械能守恒定律是能量守恒定律的一個特例,要使學生對定律的得出、含義、適用條件有一個明確的認識,這是能夠用該定律解決力學問題的基礎.
各種不同形式的能相互轉化和守恒的規(guī)律,貫穿在整個物理學中,是物理學的基本規(guī)律之一.能量守恒定律是學習各種不同形式的能量轉化規(guī)律的起點,也是運動學和動力學知識的進一步綜合和展開的重要基礎.所以這一節(jié)知識是本章重要的一節(jié).
機械能守恒定律是本章教學的重點內容,本節(jié)教學的重點是使學生掌握物體系統(tǒng)機械能守恒的條件;能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機械能.
分析物體系統(tǒng)所具有的機械能,尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能,是本節(jié)學習的難點之一.在教學中應讓學生認識到,物體重力勢能大小與所選取的參考平面(零勢面)有關;而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關的.在討論物體系統(tǒng)的機械能時,應先確定參考平面.
教學重點1.理解機械能守恒定律的內容;
2.在具體的問題中能判定機械能是否守恒,并能列出定律的數學表達式;
3.理解能量轉化和守恒定律.
教學難點1.從能的轉化和功能關系出發(fā)理解機械能守恒的條件;
2.能正確判斷研究對象在所經歷的過程中機械能是否守恒.
教具準備自制投影片、CAI課件、重物、電磁打點計時器以及紙帶、復寫紙片、低壓電源及兩根導線、鐵架臺和鐵夾、刻度尺、小夾子.
課時安排1課時
三維目標
一、知識與技能
1.知道什么是機械能,知道物體的動能和勢能可以相互轉化;
2.理解機械能守恒定律的內容;
3.在具體問題中,能判定機械能是否守恒,并能列出機械能守恒的方程式;
4.理解能量守恒定律,能列舉、分析生活中能量轉化和守恒的例子.
二、過程與方法
1.初步學會從能量轉化和守恒的觀點解釋現象、分析問題;
2.通過用紙帶與打點計時器來驗證機械能守恒定律,體驗驗證過程和物理學的研究方法.
三、情感態(tài)度與價值觀
1.通過能量守恒的教學,使學生樹立科學觀點,理解和運用自然規(guī)律,并用來解決實際問題;
2.通過實驗驗證,體會學習的快樂,激發(fā)學習的興趣;通過親身實踐,樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀.培養(yǎng)學生的觀察和實踐能力,培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度.
教學過程
導入新課
[實驗演示]
動能與勢能的相互轉化
教師活動:演示實驗1:如下圖,用細線、小球、帶有標尺的鐵架臺等做實驗.
把一個小球用細線懸掛起來,把小球拉到一定高度的A點,然后放開,小球在擺動過程中,重力勢能和動能相互轉化.我們看到,小球可以擺到跟A點等高的C點,如圖甲.
如果用尺子在某一點擋住細線,小球雖然不能擺到C點,但擺到另一側時,也能達到跟A點相同的高度,如圖乙.
問題:這個小實驗中,小球的受力情況如何?各個力的做功情況如何?這個小實驗說明了什么?
學生活動:觀察演示實驗,思考問題,選出代表發(fā)表見解.
小球在擺動過程中受重力和繩的拉力作用.拉力和速度方向總垂直,對小球不做功;只有重力對小球做功.
實驗表明,小球在擺動過程中重力勢能和動能在不斷轉化.在擺動過程中,小球總能回到原來的高度.可見,重力勢能和動能的總和,即機械能應該保持不變.
教師活動:演示實驗2:如圖,水平方向的彈簧振子.
用彈簧振子演示動能和彈性勢能的相互轉化.
問題:這個實驗中,小球的受力情況如何?各個力的做功情況如何?這個實驗說明了什么?
學生活動:觀察演示實驗,思考問題,選出代表發(fā)表見解.
小球在往復運動過程中,豎直方向上受重力和桿的支持力作用,水平方向上受彈力作用.重力、支持力和速度方向總垂直,對小球不做功;只有彈簧的彈力對小球做功.
實驗表明,小球在往復運動過程中彈性勢能和動能在不斷轉化.小球在往復運動過程中總能回到原來的位置,可見,彈性勢能和動能的總和,即機械能應該保持不變.
教師活動:總結、過渡:
通過上述分析,我們得到動能和勢能之間可以相互轉化,那么在動能和勢能的轉化過程中,動能和勢能的和是否真的保持不變?下面我們就用實驗來探索這個問題.
推進新課
一、機械能的轉化和守恒的實驗探索
在學生開始做實驗之前,老師應強調如下幾個問題:
1.該實驗中選取被打點紙帶應注意兩點:一是第一點O為計時起點,O點的速度應為零.怎樣判別呢?
2.是否需要測量重物的質量?
3.在架設打點計時器時應注意什么?為什么?
4.實驗時,接通電源和釋放紙帶的順序怎樣?為什么?
5.測量下落高度時,某同學認為都必須從起始點算起,不能弄錯.他的看法正確嗎?為了減小測量h值的相對誤差,選取的各個計數點要離起始點適當遠些好,還是近些好?
學生活動:思考老師的問題,討論、交流,選出代表發(fā)表見解.
1.因為打點計時器每隔0.02s打點一次,在最初的0.02s內物體下落距離應為0.002m,所以應從幾條紙帶中選擇第一、二兩點間距離接近2mm的紙帶進行測量;二是在紙帶上所選的點就是連續(xù)相鄰的點,每相鄰兩點時間間隔t=0.02s.
2.因為不需要知道物體在某點動能和勢能的具體數值,所以不必測量物體的質量m,而只需驗證就行了.
3.打點計時器要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內,以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用.
4.必須先接通電源,讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落.
5.這個同學的看法是正確的.為了減小測量h值的相對誤差,選取的各個計數點要離起始點適當遠些好.
教師活動:聽取學生匯報,點評,幫助學生解決困難.
學生活動:學生進行分組實驗.
數據處理:
明確本實驗中要解決的問題即研究動能與重力勢能的轉化與守恒.
在右圖中,質量為m的物體從O點自由下落,以地面作零勢能面,下落過程中任意兩點A和B的機械能分別為:
,
如果忽略空氣阻力,物體下落過程中如果動能的改變量等于勢能的改變量,于是有
Ea=Eb,即
上式亦可寫成
該式左邊表示物體由A到B過程中動能的增加,右邊表示物體由A到B過程中重力勢能的減少.
如果實驗證明等式成立,說明物體重力勢能的減少等于動能的增加.為了方便,可以直接從開始下落的O點至任意一點(上圖中A點)來進行研究,這時應有:.式中h是物體從O點下落至A點的高度,vA是物體在A點的瞬時速度.
1.如何求出A點的瞬時速度vA?
根據做勻加速運動的物體在某一段時間t內的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點的瞬時速度vA.
右圖是豎直紙帶由下而上實際打點后的情況.從O點開始依次取點1、2、3……圖中s1、s2、s3……分別為0~2點,1~3點,2~4點……各段間的距離.根據公式,t=2×0.02s(紙帶上任意兩個相鄰的點間所表示的時間都是0.02s),可求出各段的平均速度.這些平均速度就等于1、2、3……各點相對應的瞬時速度v1、v2、v3……例如:
量出0~2點間距離s1,則在這段時間里的平均速度,這就是點1處的瞬時速度v1,以此類推可求出點2、3……處的瞬時速度v2、v3?……
2.如何確定重物下落的高度?
上圖中h1、h2、h3……分別為紙帶從O點下落的高度.
根據以上數值可以計算出任意點的重力勢能和動能,從而驗證動能與重力勢能的轉化和守恒.
二、機械能守恒定律
機械能守恒定律的推導:
教師活動:[多媒體展示下列物理情景]
在自由落體運動中機械能守恒
一個質量為m的物體自由下落,經過高度為h1的A點(初位置)時速度為v1,下落到高度為h2的B點(末位置)時速度為v2.
學生活動:思考并證明
如右圖所示,設一個質量為m的物體自由下落,經過高度為h1的A點(初位置)時速度為v1,下落到高度為h2的B點(末位置)時速度為v2.在自由落體運動中,物體只受重力G=mg的作用,重力做正功.設重力所做的功為WG,則由動能定理可得
①
上式表示,重力所做的功等于動能的增量.
另一方面,由重力做功與重力勢能的關系知道,
WG=mgh1-mgh2②
上式表示,重力所做的功等于重力勢能的減少.
由①式和②式可得
.③
小結:在自由落體運動中,重力做了多少功,就有多少重力勢能轉化為等量的動能,移項后可得
或者Ek1+Ep1=Ek2+Ep2④
上式表示,在自由落體運動中,動能和重力勢能之和即總的機械能保持不變.
【教師精講】
上述結論不僅對自由落體運動是正確的,可以證明,在只有重力做功的情形下,不論物體做直線運動還是曲線運動,上述結論都是正確的.
所謂只有重力做功,是指:物體只受重力,不受其他的力,如自由落體運動和其他方向運動;或者除重力外還受其他的力,但其他力不做功,如物體沿光滑斜面的運動.
在只有重力做功的情形下,物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化,但機械能的總量保持不變.
這個結論叫做機械能守恒定律,它是力學中的一條重要定律,是更普遍的能量守恒定律的一種特殊情況.
不僅重力勢能和動能可以相互轉化,彈性勢能和動能也可以相互轉化.放開被壓縮的彈簧,可以把跟它接觸的小球彈出去,這時彈簧的彈力做功,彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能.在彈性勢能和動能的相互轉化中,如果只有彈力做功,動能和彈性勢能之和保持不變,即機械能守恒.
【方法引導】
解決某些力學問題,從能量的觀點來分析,應用機械能守恒定律求解,往往比較方便.應用機械能守恒定律解決力學問題,要分析物體的受力情況.在動能和重力勢能的相互轉化中,如果只有重力做功,就可以應用機械能守恒定律求解.
【例題剖析】
(一)機械能守恒條件的判斷
[例1]下列關于機械能是否守恒的敘述正確的是()
A.做勻速直線運動的物體機械能一定守恒
B.做勻變速直線運動的物體的機械能可能守恒
C.合外力對物體做功為零時,機械能一定守恒
D.只有重力對物體做功,物體機械能一定守恒
解析:
A.做勻速直線運動的物體,除了重力做功外,可能還有其他力做功,如降落傘在空中勻速下降時,除了重力做功外,空氣阻力也對降落傘做功,所以機械能不守恒,不選.
B.做勻變速直線運動的物體可能只受重力且只有重力做功,如自由落體運動,物體機械能守恒,應選.
C.如降落傘在空中勻速下降時合外力為零,合外力對物體做功為零,除重力做功外,空氣阻力也做功,所以機械能不守恒,不選.
D.符合機械能守恒的條件,應選.
可見,對物體進行受力分析,確定各力做功情況是判定機械能是否守恒的一般程序.
[例2]如圖所示,斜面體置于光滑水平地面上,其光滑斜面上有一物體由靜止沿斜面下滑,在物體下滑過程中,下列說法正確的是()
A.物體的重力勢能減少,動能增大
B.物體的重力勢能完全轉化為物體的動能
C.物體的機械能減少
D.物體和斜面體組成的系統(tǒng)機械能守恒
解析:由于斜面體放在光滑斜面上,當物體沿斜面下滑時,物體實際位移方向和物體所受支持力的方向不垂直,所以支持力對物體做了功(負功),物體的機械能不守恒,物體的機械能減少了,物體對斜面體的壓力對斜面體做了功(正功),斜面體的機械能增加了,斜面體的機械能也不守恒.
對物體和斜面體組成的系統(tǒng),斜面體和物體之間的彈力是內力,對系統(tǒng)做功的代數和為零,即不消耗機械能.在物體和斜面體的運動過程中只有重力做功,所以系統(tǒng)的機械能守恒.
物體在下滑過程中重力勢能減少,一部分轉化為物體的動能,另一部分則轉化為斜面體的動能.
所以本題選ACD.
(二)機械能守恒定律的應用
[例3]一個物體從光滑斜面頂端由靜止開始滑下(如圖),斜面高1m,長2m.不計空氣阻力,物體滑到斜面底端的速度是多大?
物體沿光滑斜面下滑時機械能守恒
分析:斜面是光滑的,不計摩擦,又不計空氣阻力,物體所受的力有重力和斜面的支持力,支持力與物體的運動方向垂直,不做功.物體在下滑過程中只有重力做功,所以可用機械能守恒定律求解.
解析:題中沒有給出物體的質量,可設物體的質量為m.物體在開始下滑到達斜面底端時的速度為v,則有Ep2=0,,末狀態(tài)的機械能.此時,Ep1=mgh,Ek1=0,初狀態(tài)的機械能Ek1+Ep1=mgh.
根據機械能守恒定律有
Ek2+Ep2=Ek1+Ep1
,
所以.
【方法引導】
這個問題也可以應用牛頓第二定律和運動學公式求解,但是應用機械能守恒定律求解,在思路和步驟上比較簡單.在這個例題中,如果把斜面換成光滑的曲面(如圖),同樣可以應用機械能守恒定律求解,要直接用牛頓第二定律求解,由于物體在斜面上所受的力是變力,處理起來就困難得多.
物體沿光滑曲面下滑時機械能守恒
[例4]把一個小球用細繩懸掛起來,就成為一個擺.擺長為L,最大偏角為θ.小球運動到最低位置時的速度是多大?
分析:小球受兩個力:重力和懸線的拉力.懸線的拉力始終垂直于小球的運動方向,不做功.小球在擺動過程中,只有重力做功,所以可用機械能守恒定律求解.
解析:選擇小球在最低位置時所在的水平面為參考平面.小球在最高點時為初狀態(tài),初狀態(tài)的動能Ek1=0,重力勢能Ep1=mg(L-Lcosθ),機械能Ek1+Ep1=mg(L-Lcosθ).小球在最低點時為末狀態(tài),末狀態(tài)的動能,重力勢能Ep2=0,末狀態(tài)的機械能為.
根據機械能守恒定律有
Ek2+Ep2=Ek1+Ep1
所以.
【教師精講】
由這兩個例題可以看出,應用機械能守恒定律解題,可以只考慮運動的初狀態(tài)和末狀態(tài),不必考慮兩個狀態(tài)之間的過程的細節(jié).這可以避免直接用牛頓第二定律解題的困難,簡化解題的步驟.
守恒定律不僅給處理問題帶來方便,而且有更深刻的意義.自然界千變萬化,但有些物理量在一定條件下是守恒的,可以用這些“守恒量”表示自然界的變化規(guī)律,這就是守恒定律.尋求“守恒量”已經成為物理學研究中的重要方面.我們學習物理,要學會運用守恒定律處理問題.
三、能量轉化和守恒定律
教師活動:提出問題:我們已學習了多種形式的能,請同學們說出你所知道的能量形式.我們還知道不同能量之間是可以相互轉化的,請你舉幾個能量轉化的例子.
學生活動:思考并回答問題,列舉實例.
教師活動:
演示實驗1:在一個玻璃容器內放入沙子,拿一個小鐵球分別從某一高度釋放,使其落到沙子中.
思考:小球運動過程中機械能是否守恒?請說出小球運動過程中能量的轉化情況.
演示實驗2:在盛有水的玻璃容器中放一小木塊,讓小木塊在水中上下浮動,過一段時間,小木塊停止運動.
思考:小木塊運動過程中機械能是否守恒?請說出小木塊運動過程中能量的轉化情況.
學生活動:觀察實驗并積極思考討論后,選出代表發(fā)表見解.
教師活動:
聽取學生匯報,總結點評,回答學生可能提出的問題.
通過學生舉例和演示實驗,說明各種形式的能量可以相互轉化,增強學生的感性認識,并激發(fā)學生的學習興趣,喚起學生強烈的求知欲.
以上實驗表明,各種形式的能量可以相互轉化,一種能量減少,必有其他能量增加,一個物體的能量減少,必定其他物體的能量增加,能量的總和并沒有變化.這就是大自然的一條普遍規(guī)律,而機械能守恒定律只是這一條規(guī)律的一種特殊情況.
學生活動:列舉生活中不同能量之間相互轉化的例子.
教師活動:引導學生閱讀教材,說出能量守恒定律的內容,并引導學生說明能量守恒定律的建立有何重大意義.歷史上曾有人設想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機器,即永動機,這樣的機器能不能制成?為什么?
學生活動:認真閱讀教材,思考并回答問題.
課堂小結
本節(jié)課我們學習了機械能守恒定律,重點是機械能守恒定律的內容和表達式,難點是判斷物體的機械能是否守恒,所以應透徹理解機械能守恒定律成立的條件,從而正確應用機械能守恒定律解題.
布置作業(yè)
課本P37作業(yè)4、5、6.
板書設計
活動與探究
有人設計了這樣一臺“永動機”:距地面一定高度架設一個水槽,水從槽底的管中流出,沖擊一個水輪機,水輪機的軸上安裝一個抽水機和一個砂輪.他指望抽水機把地面水槽里的水抽上去,這樣循環(huán)不已.機器不停地轉動,就可以永久地用砂輪磨制工件做功了(右圖)
.
請你分析一下,高處水槽中水的勢能共轉變成哪幾種形式的能,說明這個機器是否能夠永遠運動下去.
相關知識
能量守恒定律與能源
作為杰出的教學工作者,能夠保證教課的順利開展,教師要準備好教案,這是教師工作中的一部分。教案可以讓講的知識能夠輕松被學生吸收,幫助教師緩解教學的壓力,提高教學質量。你知道如何去寫好一份優(yōu)秀的教案呢?下面是小編為大家整理的“能量守恒定律與能源”,歡迎閱讀,希望您能閱讀并收藏。
7.10能量守恒定律與能源學案(人教版必修2)
1.能量守恒定律
(1)導致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實是:確認了__________的不可能性和發(fā)現
了各種____________之間的相互聯系和轉化.
(2)內容:能量既不會憑空________,也不會憑空________,它只能從一種形式________
為另一種形式,或者從一個物體________到別的物體,在轉化或轉移的過程中,能量的
總量____________,這就是能量守恒定律.
2.能源和能量耗散
(1)人類對能源的利用大致經歷了三個時期,即________時期、________時期、________
時期.自工業(yè)革命以來,______和________成為人類的主要能源.
(2)____________和____________已經成為關系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題.
(3)燃料燃燒時,一旦把自己的熱量釋放出去,就不會再次________聚集起來供人類重新
利用.電池中的化學能轉化為電能,電能又通過燈泡轉化為內能和光能,熱和光被其他
物質吸收之后變成周圍環(huán)境的內能,我們無法把這些內能收集起來重新利用,這種現象
叫做能量的耗散.
(4)能量耗散表明,在能源的利用過程中,即在能量的轉化過程中,能量在數量上____,
但在可利用的品質上________了,從便于利用的變成________________的了.這是能源
危機的深層次的含意,也是“自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源”的根本原因.
(5)能量的耗散從能量轉化的角度反映出自然界中宏觀過程的____________.
【概念規(guī)律練】
知識點一能量守恒定律
1.關于能量守恒定律,下列說法錯誤的是()
A.能量能從一種形式轉化為另一種形式,但不能從一個物體轉移到另一物體
B.能量的形式多種多樣,它們之間可以相互轉化
C.一個物體能量增加了,必然伴隨著別的物體能量減少
D.能量守恒定律說明了能量既不會憑空產生也不會憑空消失
2.下列說法正確的是()
A.隨著科技的發(fā)展,永動機是可以制成的
B.太陽照射到地球上的光能轉化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消
失了
C.“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律,因而是不可能的
D.有種“全自動”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動,說明
能量可以憑空產生
3.歷史上曾有許多人試圖發(fā)明一種機器,它可以不消耗能量而連續(xù)不斷地對外做功,或
者消耗少量能量而做大量的功.如圖1所示為一種永動機的設計模型.人們把這種設想
中的不消耗能量的機器叫做第一類永動機.這樣的機器能制造出來嗎?請你談談你的看
法.
知識點二能量耗散
4.關于“能量耗散”的下列說法中,正確的是()
A.能量在轉化過程中,有一部分能量轉化為內能,我們無法把這些內能收集起來重新
利用,這種現象叫做能量的耗散
B.能量在轉化過程中變少的現象叫能量的耗散
C.能量耗散表明,在能源的利用過程中,即在能量的轉化過程中,能量的數量并未減
少,但在可利用的品質上降低了,從便于利用的變成不便于利用的了,而自然界的能量
是守恒的
D.能量耗散表明,各種能量在不轉化時是守恒的,但在轉化時是不守恒的
5.下列說法正確的是()
A.某種形式的能減少,一定存在其他形式能的增加
B.因為能量守恒,所以“能源危機”是不可能的
C.能量耗散表明,在能源的利用過程中,能量在數量上并未減少,但在可利用的品質
上降低了
D.能源的利用受能量耗散的制約,所以能源的利用是有條件的,也是有代價的
【方法技巧練】
應用能量守恒定律解題的方法
6.水從20m高處落下,如果水的重力勢能的20%用來使水的溫度升高,則水落下后的
溫度將升高多少?(g取10m/s2)
7.某地平均風速為5m/s,已知空氣密度是1.2kg/m3,有一風車,它的車葉轉動時可形
成半徑為12m的圓面.如果這個風車能將圓面內10%的氣流動能轉變?yōu)殡娔?,則該風
車帶動的發(fā)電機功率是多大?
參考答案
課前預習練
1.(1)永動機自然現象(2)產生消失轉化轉移保持不變
2.(1)柴薪煤炭石油煤石油(2)能源短缺環(huán)境惡化(3)自動(4)沒有減少降低不便于利用(5)方向性
課堂探究練
1.A[能量可以在不同物體之間轉移也可以轉化,但能的總量保持不變.]
2.C[永動機是指不消耗能量,而可以大量對外做功的裝置,歷史上曾出現過各式各樣的所謂永動機的發(fā)明,結果都以失敗告終,原因就是違背了能量守恒定律.人類只能發(fā)現規(guī)律、利用規(guī)律.違背規(guī)律行事,即使以后科技再發(fā)達,也要受自然規(guī)律的制約,所以永動機是永遠不可能制成的,A錯.
太陽輻射大量的能量,地球只吸收了極小的一部分,就形成了風云雨雪,使萬物生長,但輻射到星際空間的能量也沒有消失,一定是轉化成了別的能量,B錯.
馬和其他動物,包括人要運動,必須消耗能量,動物的能量來源是食物中儲存的生物質能,C對.
所謂“全自動”手表其內部還是有能量轉化裝置的,一般是一個擺錘,當人戴著手表活動時,使擺錘不停擺動,給游絲彈簧補充能量,才會維持手表的走動,D錯.]
3.永動機是不可能制成的,因為它違背了能量守恒定律,機器只能轉化能量,不能創(chuàng)造和消滅能量.實驗證明,一切永動機的設想和制造都以失敗而告終.
4.AC
5.ACD[本題考查對能量守恒定律及能量耗散的理解,能量只能轉化或轉移,在轉化或轉移過程中總量不變;能量耗散表明能量在數量上并未減少,只是在可利用的品質上降低了.]
6.9.5×10-3°C
解析質量為m的水從高h處落下,使水的溫度升高了Δt,水的比熱容為c,由能量守恒定律有:mgh×20%=cmΔt,代入數據,解得Δt=9.5×10-3°C.
7.3.4kW
解析在Δt時間內作用于風車的氣流質量
m=πr2vΔtρ
這些氣流的動能為12mv2,
轉變成的電能E=12mv2×10%
所以風車帶動的發(fā)電機功率為
P=EΔt=12πr2ρv3×10%
代入數據得P=3.4kW.
方法總結用能量守恒定律解題的一般步驟
(1)首先分析系統(tǒng)的能量,弄清哪種形式的能量在增加,哪種形式的能量在減少.
(2)分別列出減少的能量和增加的能量.
(3)根據能量守恒定律列方程ΔE減=ΔE增求解.
§7.10能量守恒定律與能源
作為優(yōu)秀的教學工作者,在教學時能夠胸有成竹,高中教師要準備好教案,這是老師職責的一部分。教案可以讓學生能夠在教學期間跟著互動起來,減輕高中教師們在教學時的教學壓力。那么如何寫好我們的高中教案呢?下面是小編為大家整理的“§7.10能量守恒定律與能源”,供大家參考,希望能幫助到有需要的朋友。
§7.10能量守恒定律與能源課時18
教學目標:
知識與技能
理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散
過程與方法
通過對生活中能量轉化的實例分析,理解能量守恒定律的確切含義
情感態(tài)度與價值觀
感知我們周圍能源的耗散,樹立節(jié)能意識
教學重點
能量守恒定律、應用能量守恒定律解決問題
教學難點
理解能量守恒定律的確切含義、能量轉化的方向性
教具準備
玻璃容器、沙子、小鐵球、水、小木塊
教學過程:
一、課前導學
實驗引入:
演示實驗1:在一個玻璃容器內放入沙子,拿一個小鐵球分別從某一高度釋放,使其落到沙子中。
(思考:小球運動過程中機械能是否守恒?請說出小球運動過程中能量的轉化情況。)
演示實驗2:在盛有水的玻璃容器中放一小木塊,讓小木塊在水中上下浮動,過一段時間,小木塊停止運動。
(思考:小木塊運動過程中機械能是否守恒?請說出小球運動過程中能量的轉化情況。
學生活動:觀察實驗并積極思考。討論后,選出代表發(fā)表見解。)
(教師聽取學生匯報,總結點評:說明各種形式的能量可以相互轉化,增強學生的感性認識,并激發(fā)學生的學習興趣,喚起學生強烈的求知欲。)
引入課題:以上實驗表明,各種形式的能量可以相互轉化,一種能量減少,必有其他能量增加,一個物體的能量減少,必定有其他物體的能量增加,但能量的總和并沒有變化。這就是我們今天要學習的能量守恒定律。
二、質疑討論
(一)能量守恒定律
引導學生閱讀教材P75
質疑1:說出能量守恒定律的內容,并引用教材上的話,說明能量守恒定律的建立有何重大意義?
質疑2:歷史上曾有人設想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機器,即永動機,這樣的機器能不能制成?為什么?
(學生認真閱讀教材,思考并回答問題)
質疑3:既然能量是守恒的,不可能消滅(或創(chuàng)生),為什么我們還要節(jié)約能源?
(二)能源和能量耗散
引導學生閱讀教材,了解人類應用能源的歷程,能源對人類社會發(fā)展所起的作用;人類在利用能源的同時也對環(huán)境造成了嚴重污染。
質疑4:什么是能量耗散?能量耗散與能量守恒是否矛盾,該怎樣理解?
(學生閱讀教材,思考并回答問題。)
三、反饋矯正
1、功與能
能是狀態(tài)量,功是過程量。不同形式的能量之間的轉化是通過做功實現的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉化的過程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉化,因此,功是能量轉化的量度。能量的具體值往往無多大意義,我們關心的大多是能量的變化量,能量的變化必須通過做功才能實現,某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯系。
例1、分析常見力做功與能量轉化的對應關系:
重力做功:彈力做功:電場力做功:電流做功:
解答:重力做功:重力勢能和其他能相互轉化;彈力做功:彈性勢能和其他能相互轉化;電場力做功:電勢能與其他能相互轉化;電流做功:電能和機械能等其他形式的能相互轉化
2、能量守恒定律
⑴能量守恒定律是貫穿整個物理學的基本規(guī)律之一,是學習物理學的一條主線。
⑵要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能,發(fā)生了哪些轉化和轉移.
⑶滑動摩擦力與相對距離的乘積在數值上等于系統(tǒng)產生的內能,即Q=FL相
注意:(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等;(2)某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。這也是我們列能量守恒表達式時的兩條基本思路。
例2、如圖2-10-1所示,在水平桌面的邊角處有一輕質光滑的定滑輪K,一條不可伸長的輕繩繞過K分別與物塊A、B相連,A、B的質量分別為mA、mB。開始時系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?,F用一水平恒力F拉物塊A,使物塊B上升。已知當B上升距離為h時,B的速度為v。求此過程中物塊A克
服摩擦力所做的功(重力加速度為g)。
解答:由于連結AB繩子在運動過程中未松,故AB有一
樣的速度大小,對AB系統(tǒng),由功能關系有:
Fh-W-mBgh=12(mA+mB)v2
求得:W=Fh-mBgh-12(mA+mB)v2
例3、一小滑塊放在如圖2-10-2所示的凹形斜面上,
用力F沿斜面向下拉小滑塊,小滑塊沿斜面運動了
一段距離。若已知在這過程中,拉力F所做的功的大
小(絕對值)為A,斜面對滑塊的作用力所做的功的
大小為B,重力做功的大小為G,空氣阻力做功的大小
為D。用這些量表達小滑塊的動能改變量(指末態(tài)動
能減去初態(tài)動能)等于多少?,滑塊的重力勢能的改變量等于多少?滑塊機械能(指動能與重力勢能之和)的改變量等于多少?
解析:根據動能定理,動能的改變等于外力做功的代數和,其中做負功的有空氣阻力,斜面對滑塊的作用力的功(因彈力不做功,實際上為摩擦阻力的功),因此ΔEk=A-B+C-D;
根據重力做功與重力勢能的關系,重力勢能的減少等于重力做的功,因此ΔEp=-C;
滑塊機械能的改變等于重力之外的其他力做的功,因此ΔE=A–B–D
3、能源和能量耗散
能量耗散表明,在能源的利用過程中,即在能量的轉化過程中,能量在數量上并未減少,但在利用的品質上降低了,從便于利用的變成不便于利用的了。是能源危機更深層次的含意,也是“自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源”的根本原因。能量和能源是兩回事;非再生能源和可再生能源是兩回事。作為常規(guī)能源的煤炭、石油、天然氣等面臨枯竭.節(jié)能和開發(fā)新的能源已是人類必須面對的實際問題.能源對造福人類具有極重要的意義,節(jié)約每一份能源,不僅能提高能源的利用價值,對于維護人類賴以生存的環(huán)境也有不可忽視的作用新的能源有待于人類去開發(fā).有待開發(fā)和利用的新能源主要指:太陽能、地熱能、風能、水、能、核能。由于煤、石油和天然氣都是幾億年以前的生物遺體形成的,所以人們也稱它們?yōu)榛剂?由于這些能源是不能再次生產,也不可能重復使用的,所以稱為非再生能源
例4、太陽能的儲存一直是個難題.科學家發(fā)現,鹽水湖被太陽曬久了,湖底的濕度會越來越高,并難以通過湖水的對流將熱散發(fā)出去,而淡水湖不具備這一特點.根據這一特點,可以利用鹽水湖來儲存太陽能.你能分析這是為什么嗎?你能根據這規(guī)律設計出一種儲存太陽能的具體方案嗎?(提示:鹽水湖中含鹽量高的湖水密度大,總是留存湖底不會上浮)
解答:在含鹽量高的湖水的表面吸收了太陽能之后,部分水分被蒸發(fā),使湖水表面水層含鹽量變大且溫度也隨之升高.由于含鹽量高的湖水密度大,所以這部分密度大、溫度高的表層湖水就會在重力作用下下沉,將所吸收的部分太陽能帶到湖底,使湖底溫度越來越高.由于湖底鹽水密度大于上部湖水密度,因此湖底的鹽水不會再向上運動,將熱量散失,這就使得太陽能得到儲存.
四、遷移鞏固
課課練P119“基礎達標”部分
高三物理能量守恒定律公式總結
高三物理能量守恒定律公式總結
1.阿伏加德羅常數NA=6.02×1023/mol;分子直徑數量級10-10米
2.油膜法測分子直徑d=V/s{V:單分子油膜的體積(m3),S:油膜表面積(m)2}
3.分子動理論內容:物質是由大量分子組成的;大量分子做無規(guī)則的熱運動;分子間存在相互作用力。
4.分子間的引力和斥力(1)r10r0,f引=f斥≈0,F分子力≈0,E分子勢能≈0
5.熱力學第一定律W+Q=ΔU{(做功和熱傳遞,這兩種改變物體內能的方式,在效果上是等效的),W:外界對物體做的正功(J),Q:物體吸收的熱量(J),ΔU:增加的內能(J),涉及到第一類永動機不可造出〔見第二冊P40〕}
6.熱力學第二定律
克氏表述:不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其它變化(熱傳導的方向性);
開氏表述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其它變化(機械能與內能轉化的方向性){涉及到第二類永動機不可造出〔見第二冊P44〕}
7.熱力學第三定律:熱力學零度不可達到{宇宙溫度下限:-273.15攝氏度(熱力學零度)
注:
(1)布朗粒子不是分子,布朗顆粒越小,布朗運動越明顯,溫度越高越劇烈;
(2)溫度是分子平均動能的標志;
(3)分子間的引力和斥力同時存在,隨分子間距離的增大而減小,但斥力減小得比引力快;
(4)分子力做正功,分子勢能減小,在r0處F引=F斥且分子勢能最小;
(5)氣體膨脹,外界對氣體做負功W0;溫度升高,內能增大ΔU0;吸收熱量,Q0
(6)物體的內能是指物體所有的分子動能和分子勢能的總和,對于理想氣體分子間作用力為零,分子勢能為零;
(7)r0為分子處于平衡狀態(tài)時,分子間的距離;
(8)其它相關內容:能的轉化和定恒定律〔見第二冊P41〕/能源的開發(fā)與利用、環(huán)保〔見第二冊P47〕/物體的內能、分子的動能、分子勢能〔見第二冊P47〕。
高三物理《能量守恒定律》公式總結
高三物理《能量守恒定律》公式總結
1.阿伏加德羅常數NA=6.02×1023/mol;分子直徑數量級10-10米
2.油膜法測分子直徑d=V/s{V:單分子油膜的體積(m3),S:油膜表面積(m)2}
3.分子動理論內容:物質是由大量分子組成的;大量分子做無規(guī)則的熱運動;分子間存在相互作用力。
4.分子間的引力和斥力(1)r10r0,f引=f斥≈0,F分子力≈0,E分子勢能≈0
5.熱力學第一定律W+Q=ΔU{(做功和熱傳遞,這兩種改變物體內能的方式,在效果上是等效的),W:外界對物體做的正功(J),Q:物體吸收的熱量(J),ΔU:增加的內能(J),涉及到第一類永動機不可造出〔見第二冊P40〕}
6.熱力學第二定律
克氏表述:不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其它變化(熱傳導的方向性);
開氏表述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其它變化(機械能與內能轉化的方向性){涉及到第二類永動機不可造出〔見第二冊P44〕}
7.熱力學第三定律:熱力學零度不可達到{宇宙溫度下限:-273.15攝氏度(熱力學零度)
注:
(1)布朗粒子不是分子,布朗顆粒越小,布朗運動越明顯,溫度越高越劇烈;
(2)溫度是分子平均動能的標志;
(3)分子間的引力和斥力同時存在,隨分子間距離的增大而減小,但斥力減小得比引力快;
(4)分子力做正功,分子勢能減小,在r0處F引=F斥且分子勢能最小;
(5)氣體膨脹,外界對氣體做負功W0;溫度升高,內能增大ΔU0;吸收熱量,Q0
(6)物體的內能是指物體所有的分子動能和分子勢能的總和,對于理想氣體分子間作用力為零,分子勢能為零;
(7)r0為分子處于平衡狀態(tài)時,分子間的距離;
(8)其它相關內容:能的轉化和定恒定律〔見第二冊P41〕/能源的開發(fā)與利用、環(huán)?!惨姷诙訮47〕/物體的內能、分子的動能、分子勢能〔見第二冊P47〕。