2016-2017学年鲁科版选修3-3第5章第2节能量的转化与守恒学案

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1、-谍帀呈目际•第2节能量的转化与守恒KECHENGMUBIAOYINHANG^1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。导入2.通过能量守恒定律的学习，认识自然界的多样性和统一性。QINGJINGSIKAODAORU情帚思耆•请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现的原因，并与同学讨论交流。(a)(b)(c)儿种永动机的设想提示：它们违背了能量的转化和守恒定律。1'J!CHUZH1SHISHULI1.能量守恒定律的发现(1)边尔从理论上具体地论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可以相互转化,捉出了物理、化

2、学过程中能量守恒的原理。(2)1840年，焦耳提出了焦耳定律,从而给出了电能向内能转化的生量关系，为发现普通的能量守恒原理打下了基础。(3)亥姆霍兹系统地阐述了能量宣恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应过程，揭示了它们之间的统一性。2.能量守恒定律及其应用能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体突破转移到另一个物体,而能量的总值保持不变。今重c5难(5•ZHONGDIANNANDIANTUPO^F亠”IIIII能量守恒定律的理解1.能量的存在形式及相互转化各种运动形式都

3、有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暧或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。3.能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世

4、纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。领唔DIANXINGLITlLINGWU类型能量转化和守恒定律的应用【例题】“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看做圆轨道)开始，经过与大气摩擦，空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海。此过程中，空间站原来的机械能中除一部分用于销毁空间站和-部分被残片带走外，还有一部分能量E，通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)。(1)试导出用下列各物理量的符号表示散失能量E'的公式。(2)算出&的数值(

5、结果保留两位有效数字)。坠落开始吋空间站的质量M=1.17X10’kg；轨道离地面的高度为h=146km；地球半径为R=6.4X106m；坠落空间范圉内重力加速度可看做g=10m/s2；入海残片的质:Sm=l.2X10’kg；入海残片的温度升高4T=3000K；入海残片的入海速度等于声速v=340m/s；空间站材料每1千克升温1K平均所需能量q=1.0X10’J;每销毁1kg材料平均所需能量»=1.0X107Jo点拨：弄清空间站的机械能转化为什么能量，以及它们之间的数量关系，分别表示出各种形式的能量，建立能量守恒方程求解。解析：(1)若

6、以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为EP=Mgh①以V。表示空间站在近圆轨道上的速度，引力提供向心力，由牛顿定律得2由②式可得空间站在近圆轨道上的动能为Ek=plg(R+h)③由①③式得，在近圆轨道上空间站的机械能R3E=Mg(-+-h)④在坠落过程中，用于销毁一部分材料所需的能量为0汽=(M—m)*⑤用于残片升温所需的能量Q残=qmAT⑥残片入海时的动能为E残=$，⑦以E'表示其他方式散失的能量，则由能量守恒定律得E=Q汽+E残+Q残+E'⑧将④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得131Ez=Mg(—R+^h)—(M—m)

7、u—^mv'—qmAT⑨(2)将题目所给的数据代入⑨式解得■^2.9X1012Jo131答案：(l)E'=Mg(-R+~h)—(M—m)P—^mv2—qmAT(2)2.9X1012J题后反思：能暈的转化是通过做功完成的，在应用能暈守恒定律解决问题时，首先要分析有哪些力做了功，引起的是什么能和什么能之间的转化，转化了多少能量，再用能量守恒方程求解。SUITANGLIANXIGONGGU°1行驶的汽车刹车后停下來；流星在衩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

8、相同的物理过程是（）□A.物体克服阻力做功B.物体的动能转化为其他形式的能量C.物体的势能转化为其他形式的能量D.物体的机械能转化为其他形式的能量解析：这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动