高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.34.4能量的转化与守恒能源与可持续发展教师用书沪科版必修2
沪科版必修2高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.3能量的转化与守恒
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中微子的发现与能量守恒定律
20世纪30年代，人们发现在某些原 子核反应中能量似乎不守恒，当时有人 提出能量守恒并不是普遍规律的观点。 1993年，奥地利物理学家泡利 （W.Pauli，1900—1958）猜想，之所 以观察到能量“不守恒”，可能因为存 在着一种极其微小的未知粒子，是它带 走了一小部分能量。
意大利物理学家费米（E.Fermi，1901——1954）把这种未知的粒子 叫做中微子。从此，人们一直在努力中微子。
直到1956，人们才在实验室找到了中微子。
因此，可以说是能量的转化与守恒定律引导科学家发现 了中微子。
9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。2021/4 /22021/ 4/2Frid ay, April 02, 2021 10、低头要有勇气，抬头要有低气。2 021/4/2 2021/4/ 22021/ 4/24/2/2 021 4:43:22 PM 11、人总是珍惜为得到。2021/4/22021 /4/2202 1/4/2Ap r-212-Apr-21 12、人乱于心，不宽余请。2021/4/220 21/4/22 021/4/2 Friday, April 02, 2021 13、生气是拿别人做错的事来惩罚自 己。202 1/4/220 21/4/22 021/4/2 2021/4/ 24/2/20 21 14、抱最大的希望，作最大的努力。2 021年4 月2日 星期五2 021/4/2 2021/4/ 22021/ 4/2 15、一个人炫耀什么，说明他内心缺 少什么 。。202 1年4月 2021/4/ 22021/ 4/22021 /4/24/2/ 2021 16、业余生活要有意义，不要越轨。2 021/4/2 2021/4/ 2April 2, 2021 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。202 1/4/220 21/4/22 021/4/2 2021/4/ 2
高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4_3 能量的转化与守恒 4_4 能源与可持续发展教学案 沪科版必修2
4.3 能量的转化与守恒 4.4 能源与可持续发展[学习目标] 1.掌握能量守恒定律.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一. 2.了解能量转化和转移的方向性，认识人类珍惜和保护能源和资源的必要性.3.了解我国能源状况，认识能源与环境协调发展的必要性.4.掌握各种功能关系，会应用功能关系和能量守恒定律解决问题.一、能量的转化与守恒1.能量的多样性：自然界中能量的形式有多种，如：机械能、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等，各种不同形式的能量可以相互转化.2.能量守恒定律：(1)内容：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，或者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不变.(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律，它宣布第一类永动机(不消耗能量而连续不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的机器)是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的. 二、能源与可持续发展 1.能量的转化效率(1)任何机器都不可能(填“可能”或“不可能”)将输入的能量全部转化为有用的能量. (2)能量的转化效率＝有用的能量输入的能量.(3)机器的能量转化效率一定小于(填“一定小于”或“可以等于”)100%. 2.能量转化和转移的方向性研究和事实都表明：能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性.3.第二类永动机不违反(填“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但违反(填“违反”或“不违反”)能量转化和转移的不可逆性，因此不可能制成.4.能源开发、利用与环境保护(1)煤、石油、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源，是不可(填“可以”或“不可”)再生的.(2)能源的可持续发展战略：尽可能地开发和利用各种新能源，千方百计地提高不可再生能源的合理利用率和转化效率，并且厉行节约，避免浪费. [即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律.(√) (2)因为能量守恒，所以我们不需要节能.(×) (3)能量的转化和转移具有不可逆性.(√) (4)任何机器的能量转化效率都低于100%.(√)(5)第一类永动机不能制成是因为违反了能量守恒定律.(√) (6)第二类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律.(×)2.一个质量为60 kg 的登山运动员，他登山时平均每小时登高500 m(竖直高度)，已知人体内将化学能转化为机械能的效率为25%，那么他在3 h 内消耗的化学能为____J.(g 取10 m/s 2) 答案 3.6×106J解析 3 h 内增加的机械能ΔE ＝mgh ＝60×10×500×3 J＝9×105J 消耗的化学能E ＝ΔE η＝9×105J 25%＝3.6×106 J.一、能量守恒定律的理解[导学探究] (1)在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少.机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？ ①植物进行光合作用. ②放在火炉旁的冰融化变热.③电流通过灯泡，灯泡发光.答案(1)机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能.不是.(2)①光能转化为化学能②内能由火炉转移到冰③电能转化为光能[知识深化]1.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.2.能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.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.例1(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明( )A.在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B.在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C.在水平面上滚动时，总能量正在消失D.在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒答案AD解析在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的.二、能量守恒定律的应用1.能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初＝E末.(2)从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减.(3)从能的转移角度看，ΔE A增＝ΔE B减.2.能量守恒定律应用的关键步骤：(1)明确研究对象和研究过程.(2)找全参与转化或转移的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少.(3)列出增加量和减少量之间的守恒式.例2如图1所示，皮带的速度是3 m/s，两圆心的距离s＝4.5 m，现将m＝1 kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10 m/s2)图1(1)小物体获得的动能E k ； (2)这一过程摩擦产生的热量Q ； (3)这一过程电动机消耗的电能E . 答案 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J解析 (1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s ′. μmgs ′＝12mv 2，解得s ′＝3 m<4.5 m ，即物体可与皮带达到共同速度，此时E k ＝12mv 2＝12×1×32 J ＝4.5 J.(2)由μmg ＝ma 得a ＝1.5 m/s 2，由v ＝at 得t ＝2 s ，则Q ＝μmg (vt －s ′)＝0.15×1×10×(6－3) J ＝4.5 J. (3)由能量守恒知E 电＝E k ＋Q ＝4.5 J ＋4.5 J ＝9 J.三、功能关系的理解与应用 1.功能关系概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程. (2)功是能量转化的量度.做了多少功，就有多少能量发生转化.2.功与能的关系：由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：例3 如图2所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA 水平、OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 的正上方P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B 时恰好对轨道没有压力.已知AP ＝2R ，重力加速度为g ，则小球从P 到B 的运动过程中( )图2A.重力做功2mgRB.机械能减少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功12mgR答案 D解析 重力做功与路径无关，所以W G ＝mgR ，选项A 错；小球在B 点时所受重力提供向心力，即mg ＝m v 2R ，所以v ＝gR ，从P 点到B 点，由动能定理知：W 合＝12mv 2＝12mgR ，故选项C 错；根据能量守恒知：机械能的减少量为|ΔE |＝|ΔE p |－|ΔE k |＝12mgR ，故选项B 错；克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项D 对.例4 如图3所示，在光滑的水平面上，有一质量为M 的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m 的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L 时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l ，求这个过程中：图3(1)小铁块增加的动能； (2)长木块减少的动能； (3)系统机械能的减少量； (4)系统产生的热量.答案 (1)μmg (l －L ) (2)μmgl (3)μmgL (4)μmgL 解析 画出这一过程两物体位移示意图，如图所示.(1)根据动能定理得μmg (l －L )＝ΔE k即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功.(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得ΔE k M ＝－μmgl ，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl .(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE ＝μmgL .(4)m 、M 间相对滑动的位移为L ，根据能量守恒定律，有Q ＝μmgL ，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能.1.(能源的利用)关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是( ) A.能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B.化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭C.在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D.随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 答案 C解析 能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A 错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B 错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C 正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D 错误.故选C.2.(功能关系)(多选)如图4所示，质量为M 的木块放在光滑的水平面上，质量为m 的子弹以速度v 0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v 运动.已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l ，子弹进入木块的深度为d ，若木块对子弹的阻力f 视为恒定，则下列关系式中正确的是( )图4A.fl ＝12Mv 2B.fd ＝12Mv 2C.fd ＝12mv 20－12(M ＋m )v 2D.f (l ＋d )＝12mv 20－12mv 2答案 ACD解析 画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l ，子弹进入木块的深度为d 时，子弹相对于地面发生的位移为l ＋d .由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f .子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得f ·l ＝12Mv 2①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得 －f ·(l ＋d )＝12mv 2－12mv 2②由①②得f ·d ＝12mv 20－12(M ＋m )v 2所以，本题正确选项为A 、C 、D.3.(能量守恒定律的应用)如图5所示，一物体质量m ＝2 kg ，在倾角θ＝37°的斜面上的A 点以初速度v 0＝3 m/s 下滑，A 点距弹簧上端B 的距离AB ＝4 m.当物体到达B 后将弹簧压缩到C 点，最大压缩量BC ＝0.2 m ，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为D 点，D 点距A 点AD ＝3 m.挡板及弹簧质量不计，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：(小数点后保留两位小数)图5(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ； (2)弹簧的最大弹性势能E pm . 答案 (1)0.52 (2)24.46 J解析 (1)物体从开始位置A 点到最后D 点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为ΔE ＝ΔE k ＋ΔE p ＝12mv 20＋mgl AD sin 37°① 物体克服摩擦力产生的热量为Q ＝fs②其中s 为物体的路程，即s ＝5.4 mf ＝μmg cos 37°③ 由能量守恒定律可得ΔE ＝Q④由①②③④式解得μ≈0.52. (2)物体由A 到C 的过程中，动能减小ΔE k ＝12mv 2⑤ 重力势能减少ΔE p ′＝mgl AC sin 37°⑥ 摩擦生热Q ′＝fl AC ＝μmg cos 37°l AC⑦由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为E pm ＝ΔE k ＋ΔE p ′－Q ′⑧联立⑤⑥⑦⑧解得E pm ≈24.46 J.课时作业一、选择题(1～6题为单选题，7～10题为多选题) 1.下列说法正确的是( )A.随着科技的发展，永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 答案 C2.利用能源的过程实质上是( ) A.能量的消失过程 B.能量的创造过程 C.能量不守恒的过程D.能量转化或转移并且耗散的过程 答案 D解析 利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A 、B 、C 错误，D 正确.3.能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则.下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是( ) A.家电尽量长时间待机 B.用节能灯替换白炽灯C.楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制D.不要清除冰箱内的冰、霜 答案 B解析 待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电，故A 错误；用节能灯替换白炽灯，可节约用电，故B 正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制，才属于科学、合理地节约用电，故C 错误；清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率，才属于科学、合理地节约用电，故D 错误.4.如图1所示，轻质弹簧长为L ，竖直固定在地面上，质量为m 的小球，在离地面高度为H 处，由静止开始下落，正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x ，在下落过程中，小球受到的空气阻力为F 阻，则弹簧在最短时具有的弹性势能为( )图1A.(mg －F 阻)(H －L ＋x )B.mg (H －L ＋x )－F 阻(H －L )C.mgH －F 阻(H －L )D.mg (L －x )＋F 阻(H －L ＋x ) 答案 A解析 设小球克服弹力做功为W 弹， 则对小球应用动能定理得(mg －F 阻)(H －L ＋x )－W 弹＝ΔE k ＝0，所以，W 弹＝(mg －F 阻)(H －L ＋x )，即为弹簧在最短时具有的弹性势能.5.如图2所示为低空跳伞表演，假设质量为m 的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为45g ，在运动员下落h 的过程中，下列说法正确的是( )图2A.运动员的重力势能减少了45mghB.运动员的动能增加了45mghC.运动员克服阻力所做的功为45mghD.运动员的机械能减少了45mgh答案 B解析 在运动员下落h 的过程中，重力势能减少了mgh ，故A 错误；根据牛顿第二定律得，运动员所受的合力为F 合＝ma ＝45mg ，则根据动能定理得，合力做功为45mgh ，则动能增加了45mgh ，故B 正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功为mgh ，则克服阻力做功为15mgh ，故C 错误；重力势能减少了mgh ，动能增加了45mgh ，故机械能减少了15mgh ，故D错误.6.两块完全相同的木块A 、B ，其中A 固定在水平桌面上，B 放在光滑的水平桌面上，两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为v A 、v B ，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为Q A 、Q B ，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则( ) A.v A >v B ，Q A >Q B B.v A <v B ，Q A ＝Q B C.v A ＝v B ，Q A <Q B D.v A >v B ，Q A ＝Q B答案 D解析 两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f 相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Q ＝f Δs 相同，根据能量守恒定律有：12mv 2＝Q A ＋12mv 2A ，12mv 2＝Q B ＋12mv 2B ＋12m B v ′2，由以上两式可知v A >v B ，综上所述选项D 正确.7.如图3所示，高h ＝2 m 的曲面固定不动.一个质量为1 kg 的物体，由静止开始从曲面的顶点滑下，滑到底端时的速度大小为4 m/s.g 取10 m/s 2.在此过程中，下列说法正确的是( )图3A.物体克服摩擦力做功20 JB.物体的动能增加了8 JC.物体的重力势能减少了20 JD.曲面对物体的支持力对物体不做功 答案 BCD8.某运动员采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心.如图4所示，假设该运动员的质量为m ，在起跑前进的距离s 内，重心升高量为h ，获得的速度为v ，则此过程中( )图4A.运动员克服重力做功W G ＝mghB.运动员的机械能增加了12mv 2 C.运动员的机械能增加了12mv 2＋mgh D.运动员对自身做功W 1＝12mv 2＋mgh 答案 ACD解析 运动员在此过程中重力势能增加mgh ，动能增加12mv 2，机械能增加12mv 2＋mgh ，A 、C 正确，B 错误.运动员通过蹬地对自身做功，做功的量为其机械能的增量，D 正确.9.如图5所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M 的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m 的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是( )图5A.小球的机械能守恒B.物块与小球组成的系统机械能守恒C.若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M 与桌面间摩擦产生的热量D.若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M 与桌面间摩擦产生的热量答案 CD解析 由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，A 错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M 做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，B 错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为物块M 与桌面间摩擦产生的热量，C 正确；若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分转化为摩擦产生的热量，另一部分转化为M 的动能，因此D 正确.10.质量为m 1、m 2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m 的人站在m 1上用恒力F 拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v 1和v 2，位移分别为s 1和s 2，如图6所示，则这段时间内此人所做的功的大小等于( )图6A.Fs 2B.F (s 1＋s 2)C.12m 2v 22＋12(m ＋m 1)v 21 D.12m 2v 22 答案 BC 解析 根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m 1和m 2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F (s 1＋s 2)，也等于12m 2v 22＋12(m ＋m 1)v 21，即B 、C 正确. 二、非选择题11.一台水轮发电机组，每秒有2.0 m 3的水流过水轮机，若河坝水位高度差是20 m ，则水每秒对水轮机最多能做多少功？若有40%的机械能转化为电能，问发电机的输出功率为多大？(水的密度ρ＝103 kg/m 3，g 取10 N/kg)答案 4×105 J 1.6×105 W解析 若使水对水轮机做功最多，则把水的重力势能全部转化为水轮机的机械能.则每秒对水轮机做功为W ＝mgh ＝ρgVh ＝103×10×2×20 J＝4×105 J由P ＝W t 得P 出＝40%W t ＝4×105×0.4 J 1 s ＝1.6×105 W. 12.电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所示，当小木块与传送带相对静止时，求：(传送带足够长)图7(1)小木块的位移；(2)传送带运动的路程；(3)小木块获得的动能；(4)相对运动过程摩擦产生的热量；(5)电机带动传送带匀速传动输出的总能量.答案 (1)v 22μg (2)v 2μg (3)12mv 2 (4)12mv 2 (5)mv 2 解析 (1)小木块轻放在匀速运动的传送带上，二者相对滑动，小木块在滑动摩擦力作用下加速，直到达到同速，二者相对静止.据动能定理可得，μmgs ＝12mv 2 则小木块的位移为s ＝v 22μg(2)设小木块由静止匀加速到v 所用时间为t ，则t ＝v a ＝v μg，传送带匀速运动的路程为s 0＝vt ＝v 2μg(3)小木块获得的动能为E k ＝12mv 2 (4)相对运动过程摩擦产生的热量等于克服摩擦力所做的功，即Q ＝f ·s 相对，其中s 相对＝s 0－s因此Q ＝μmg ·(v 2μg －v 22μg )＝12mv 2 (5)根据能量守恒定律知，电机带动传送带匀速传动输出的总能量等于小木块增加的动能和摩擦产生的热量之和，即E ＝Q ＋E k ＝mv 2.。
高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.3+4.4能量的转化与守恒能源与可持续发展课件沪科版必修2
4.3 能量的转化与守恒
学
业分层来自*4.4 能源与可持续发展
测 评
知 识 点 二
能量转化与守恒
[先填空] 1．能量的多样性和相互转化 (1)能量的多样性 自然界中能量的形式多种多样，例如：机械能、_内___能__、电___磁__能___、__核__能__、 化学能等． (2)能量的转化 不同形式的能量之间可以相互转化，在转化过程中能量是守恒的．
2．能量守恒定律 (1)内容 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，或者从一个物体转___移___到另一个物体，在转化或转移的过程中其 总量不___变___． (2)意义 ①揭示了自然界各种运动形式不仅具有多___样__性___，而且具有统___一___性． ②宣告“_第___一__类___永__动___机”不可能制成．
能源与可持续发展
[先填空] 1．能量转化的效率 为了衡量机器可将多少输入的能量转化为有用的能量，人们提出了“能量 转化效率”这一概念，它是转化为有用的能量跟输入的能量的比值，即能量的
有用的能量 转化效率＝输入的能量.
高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.4 能源与可持续发展教案 沪科版必修2
4.4 能源与可持续发展教研中心教学指导一、课标要求1.认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义.2.讨论能源开发和利用带来的问题及应该采取的对策,具有保护环境的意识.3.尝试估计一些厂矿、交通工具及家用电器的能源消耗.具有可持续发展的责任感和节约能源的意识.注意自然资源的循环利用.二、教学建议1.调查所在地区运往外地的主要货物，在综合考虑降低能耗、方便运输、减少污染、保证安全、减低费用、减少交通拥挤等因素的基础上，讨论运输这些货物的可能方案.2.让学生结合生活事例，研究如何提高加热器（如煤气灶、热水器等）的热效率.3.讨论技术进步对利用自然资源和节约能源等方面的影响.4.可让学生结合能源与人类社会发展间的关系等撰写小论文.“能量转移和能量转化的方向性”在本章中只有极小的篇幅，但它却是实现终极目标“能源的可持续发展意识”的直接的、主要的理论依据.对它的教学，必须站在一定的高度看此问题，要先从“热力学和统计物理学”的角度以“热力学第二定律”为核心将此问题搞清，才能居高临下、收放自如地带领学生去探究这部分知识.有了热力学理论作指导，我们就很容易把握知识发生、发展的本质与联系，在正确的方向指导下游刃有余、有轻有重、深入浅出地处理知识.如，通过卡诺定律所导出的提高热机效率的方法，我们就对提高效率、节能等问题有了坚实的理论依据，就可以很自如地引导学生探究具体的提高效率、节能的方法，大胆拓展，而不必担心会搞错方向.资源参考节约能源在国外美国建筑节能靠市场建筑业是美国经济的支柱之一，相应地，建筑耗能在美国能源消耗中也占重要比例.据统计，近年来美国住房每年消耗能源折合约3 500亿美元.美国的建筑有其独特性.美国人口约2.5亿，近2／3的家庭有自己的房屋，人均住房面积近60平方米，居世界首位，其中大部分住宅都是三层以下的独立房屋，拥有客厅、卧室、厨房、浴室、贮藏室、洗衣室、车库等，热水、暖气、空调设备齐全，而且供暖、空调全部是分户设置.正因为美国住宅的这些特点，电力、煤气、燃油等能源是家庭日常开销的一个主要部分.“节能”联系到家庭的支出，所以建筑节能是一个非常市场化的指标，依赖于每个家庭根据能源价格、自身收入和生活水平等因素来选择.政府在其中的角色并不显著，主要的手段就是制订行业和产品标准、开发和推荐能源新技术等.美国联邦政府制订的《联邦政府能源管理计划》，其中有一部分涉及了建筑能源标准.而确立建筑行业标准则属于各州政府职权，加利福尼亚、纽约等经济比较发达的州，建筑节能标准就比联邦政府标准还要严格.建筑节能既包括加强墙体等结构的保温隔热能力，也包括在供暖和供冷的来源、输送渠道及实现方式.美国能源部提出的“建筑技术计划”，对房屋建筑的上述每个方面都考虑得比较完善.得到能源部支持的“美国绿色建筑协会”也积极推行以节能为主旨的《绿色建筑评估体系》，目前是世界各国建筑环保评估标准中最完善、最有影响力的.美国环保局的“能源之星”计划，也对有利于节能的建筑材料授予“能源之星”标志.以建造一幢住宅为例，节能涉及了墙体的隔热层、门窗玻璃、屋顶与地下室的隔热性、通风空调管道的气密性和隔热性，以及热水器和热水管道的保温效率等.美国能源部“建筑技术计划”从每个细节出发，详细解释了该如何做才能节能，并推荐符合“能源之星”节能标准的建筑材料，在细节上做得非常完善.此外，美国能源部下属的劳伦斯伯克利实验室也对住宅节能技术进行了重点研究，并和一些州政府合作建设“节能样板房”予以示范.比如能源部和佛罗里达州合作建设的“零能耗住宅”“太阳能住宅”等，通过利用佛罗里达地区充足的太阳能和采取建筑节能措施，让住宅不再需要使用外来能源.有些州还用财政补贴方式支持节能效率高的住宅建筑.美国在住房建筑节能方面由政府机构做好服务工作，并充分运用市场工具，让公众感受到节能对自身的好处，从而自己作出选择，这种做法是值得借鉴的.芬兰节能六大法宝芬兰地处北欧，冬季漫长，气候寒冷，不仅民用能耗高，而且传统的森林工业和冶金工业也是高能耗产业，使芬兰成为世界上人均能耗最多的国家之一.对于能源资源匮乏、主要依赖进口能源的芬兰来说，节能至关重要.芬兰在节能方面采取的主要措施有：一、建筑节能.漫长的冬季使芬兰的供暖耗能很大.为此，除了对房屋结构进行优化设计外，芬兰非常重视建筑物的绝热，尽量减少室内热量损失.芬兰环境部制定了建筑物隔热新标准，新的建筑物的墙体必须要有绝热层，室内要有通风设备.增加墙的厚度，采用二层或三层玻璃窗，每个房间的供热装置安装自动调节阀门.据称，以上这些措施可使建筑物热能消耗减少10%—15%.二、热电联产和集中供暖.芬兰的集中供暖是通过热电联产的方式实现的.分布在全国各地的热电厂利用发电过程中产生的余热将水加热并通过密布在城市地下的供暖管道，向用户提供集中供暖和洗涤用热水.每个住宅区的集中供暖自动控制调节中心可根据室外温度的变化调节供热温度.暖气管道内的回水通过集中供暖管道被送回热电厂加热后循环使用.电热联产和集中供暖不仅大大提高了燃料利用率，而且可减少环境污染，使城市空气质量得到明显改善.三、采用高能效生产新工艺.多年来，芬兰企业不断改进现有的工业生产过程，采用全新的高能效生产工艺，以提高能源利用率.工业企业采用的先进自动化和控制技术以及新的能源回收技术也为节能开辟了广泛的途径.四、采用经济手段促进节能.芬兰是世界上第一个根据能源中碳的含量收取能源税的国家.收取能源税的目的是要控制能耗的增长，并引导能源生产和能源消耗朝着减少二氧化碳排放量的方向发展.芬兰每年收取的能源税达到近30亿欧元，约占芬兰整个税收的9%.芬兰政府利用能源税的收入来支持能源技术的开发.五、充分利用可再生能源.芬兰在利用可再生能源，特别是生物能源方面也走在世界前列.目前，芬兰各种可再生能源使用量已占芬兰整个能源消耗量的1／4.这些可再生能源主要包括：利用造纸工业生产中产生的生物淤泥和废木料作燃料，利用水力和风力发电以及太阳能等.六、政府扶持开发节能新技术.芬兰贸工部有专门项目，资助能源工业企业在有利于环境的能源生产方面进行投资以及使用新能源技术.2005年，芬兰政府用于这方面的资助经费达到3 120万欧元.近年来，芬兰政府还不断增加对环保型能源项目的资金支持，进一步推动风能、太阳能、生物气体等有利于环境的能源项目开发.日本节能蔚然成风日本国民节能意识强，想方设法节约能源在日本已经蔚然成风.记者曾参加过滋贺县野洲市居民在河滩空地上举行的一场节能音乐会.演出用的电源来自市民冈田弘开发的小型风力发电机，开幕后演出人员首先向人们介绍风力发电的优越性和节能的重要意义，并号召观众节能从点滴做起，尝试在家里减少一个灯泡.观众不时会意地点头.在东京展览中心，记者曾几次参加“节约生活”大型展览会，每次展览都是人山人海.日本展览会形式多样，有很多宣传节能的演出，每一场演出都是一堂生动的节能教育课.各个展台展示着琳琅满目的节能产品：节能灯泡、节水洗衣机和洗碗机、节能冰箱、太阳能电池、燃料电池等等，选择这里的产品，可大量节省能源，同时节省大笔电费.记者也对日本公司不惜血本开发节能技术留下了深刻印象.日本公司知道，节能产品是重视环保的日本人的最佳选择，如果无法在节能技术上不断创新，产品最终将失去市场.另外，日本政府也大力鼓励节能，资助科研机构开发节能技术，补贴国民购买节能产品.节能产品不断更新换代，哪些是最节能的产品？在各公司开发的节能产品中哪种最好？为了让普通日本人能够在选择时货比三家，日本节能中心每隔半年向人们公布一次节能产品排行榜，如2 004年底日本节能冰箱排行榜上名列前茅的分别是松下、东芝、日立、三菱电机，空调排行榜的前几名依次是东芝、日立、松下等.在日本销售的冰箱不仅要标出电器价格，而且要标明每年节约电费的钱数.顾客越来越关心节能方面的成本，同等情况下都会优先选择节能产品.日本房地产公司也积极推出节能住宅.2004年度节能住宅大奖被积水房产获得，该住宅利用隔热材料作为建材、使用太阳能发电，和20世纪80年代的住宅相比，平均每年节约能源62%，是名副其实的“环保之家”.日本正在改变大量生产、大量消费的生活方式，向节约型社会转变.很多日本人都明白这样一个道理：保护地球，也是保护人类自己；破坏环境，等于自毁家园.。
能量的转化和守恒能源与可持续发展
能量的转化和守恒能源与可持续发展能量转化和守恒原理是自然科学中的基本概念之一，也是现代工业、技术和生活中不可或缺的重要因素。
它涵盖了物理学、化学、生物学和工程学等领域，对人类社会的可持续发展至关重要。
本文将从以下三个方面阐述能量转化和守恒原理的意义和作用，以及可持续发展的内涵与挑战。
能量转化的意义和作用能量转化是指将一种形式的能量转化成其他形式的过程，包括机械能、电能、化学能、热能等等。
在我们的日常生活中，能量的转化是随处可见的。
例如，我们开车时需要用燃油燃烧产生动能，电灯需要电能转化成光能供我们使用等等。
能量转化的原理是能量守恒定律，即能量在转化过程中不会减少或增加，只会从一种形式转移到另一种形式。
能量转化在现代工业生产中扮演着至关重要的角色。
制造业需要能量来驱动机器，从而加工原材料生产出各种产品。
同时，能源的消耗也造成了环境污染、气候变化等问题，对人类社会的可持续发展产生了重大影响。
因此，不仅要开发更多的能源来源，如太阳能、风能等，还要从能源消耗的效率入手，提高能源利用率和环保性。
能量守恒的内涵与挑战能量守恒是物理学的基本定律之一，它规定了能量在整个宇宙中的流动、转化和守恒的原则。
能量守恒原则表明，能量不会从一个系统中消失或出现，只会从一个系统转移到另一个系统中。
这个原则在自然界的许多现象中都有体现，例如热传导和电流传输等。
能量守恒原则对人类社会的可持续发展具有重要意义。
能源是推动经济增长和社会进步的基础，但能源消耗也是环境污染的主要根源。
人们普遍认为，可持续发展是经济、社会和环境三个方面的平衡，其中环境是最关键的因素。
为了实现可持续发展，需要积极探索和开发各种清洁能源，提高能源利用效率和环保性，并消除过度消耗和浪费的现象，从而保障地球生态环境和人类的可持续发展。
可持续能源的发展和应用可持续能源是指使用不会耗尽或能够再生的能源，例如太阳能、风能、水能和生物质能等。
这些清洁能源具有环保性、可再生性和安全性等优点，可为人类社会提供可靠和持续的能源供应。
高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.3能量的转化与守恒教案
4.3 能量的转化与守恒教研中心教学指导一、课标要求1.通过实例了解能量及其存在的不同形式，能说出一些常见的能量名称，知道自然界有多种形式的能量.2.知道能量守恒定律，知道永动机不可能制成，并能自觉利用能量守恒定律分析有关问题.3.能解释一些常见现象中的能量转化问题.4.能独立或采取合作的形式完成实验探究内容.二、教学建议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.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.在学习中，可对“能量守恒定律”的建立及其意义多作一些了解，使学生明白永动机是永远制造不出来的，要尊重科学，尊重规律以少走弯路.资源参考永动机不能制造热力学发展初期，热和机械能的相互转化是人们研究的主题.在工业革命的推动下，工业上和运输上都相当广泛地使用蒸汽机.人们研究怎样消耗最少的燃料而获得尽可能多的机械能，甚至幻想制造一种机器，不需要外界提供能量，却能不断地对外做功，这就是所谓的第一类永动机.为了解决这个问题，促使人们都去研究热和机械能之间的关系问题.迈尔（J.R.Mayer）第一个提出了能量守恒定律，而此定律得到了物理学界的确认，却是在焦耳（J.P.Joule）的实验工作发表以后.J.P.Joule(1818—1889)焦耳在1840—1848年间做了大量实验，测定了热与多种能量的相互转化时的严格的数量关系.以往热的单位是cal（卡），功以erg(尔格）为单位，焦耳的实验结果为 1 cal=4.184×107 erg，这就是著名的热功当量.焦耳实验表明，自然界的一切物质都具有能量，它可以有多种不同的形式，但通过适当的装置，能从一种形式转化为另一种形式，在相互转化中，能量的总量不变.能量转化守恒定律的建立，对制造永动机的幻想作了最后的判决，因而热力学第一定律的另一种表述为：“不可能制造出第一类永动机”.由此可见，热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律.热力学第一定律告诉我们：物质能量既不能创造，也不能消灭，而能量形式的相互转化是物质本身具有的属性.恩格斯对能量守恒与转化定律曾经给予很高的评价，将它和细胞学说及进化论相提并论，称它们是揭示自然界辩证发展过程的自然科学的三大发现.。
高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展章末归纳提升课
【答案】 (1) 2gh1－taμn θ (2)mgh－μmgtahn θ
HK ·物理 必修2
机械能守恒定律的适用对象及守恒条件 1．研究对象 可以以一个物体(其实是物体与地球构成的系统)，也可 以以几个相互作用的物体组成的系统为研究对象． 2．守恒条件 (1)从能量特点看：只有系统动能和势能相互转化，无 其他形式能量之间(如内能)转化，则系统机械能守恒．如物 体间发生相互碰撞、物体间发生相对运动，又有相互间的摩 擦作用时有内能的产生，机械能一般不守恒．
(1)物块滑到O点时的速度大小； (2)弹簧为最大压缩量d时的弹性势能；
HK ·物理 必修2
【解析】 (1)由动能定理得
mgh－μmgcos
h θsin
θ＝12mv2
解得v＝ 2gh1－taμn θ. (2)在水平滑道上，速度减为零时，弹簧有最大压缩
量，由机械能守恒定律得12mv2＝Ep
则Ep＝mgh－μmgtahn θ.
HK ·物理 必修2
(2)设在整个运动过程中，杆对B物体做的功为W，根据 动能定理有3mg(h＋Lsin θ)＋W＝12×3mv2
解得W＝－34mgLsin θ 【答案】 (1) 2gh＋32gLsin θ (2)－34mgLsin θ
HK ·物理 必修2
2. 如图4－4所示，AB为固定在竖直平面内的14光滑圆弧 轨道，轨道的B点与水平地面相切，其半径为R.质量为m的 小球由A点静止释放，
(1)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)摩擦过程产生的内能； (5)电机带动传送带匀速转动输出的总能量．
HK ·物理 必修2
【解析】 对小木块，相对滑动时，由μmg＝ma得，加
速度a＝μg，由v＝at得，达到相对静止所用时间t＝μvg. (1)小木块的位移s1＝v2t＝2vμ2g；
2018-2019学年高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.3 能量的转化与守恒 4.4
4.3 能量的转化与守恒4.4 能源与可持续发展1.下列说法正确的是( )A.随着科技的发展,永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生解析:永动机违背了能量守恒定律,不可能制成,选项A错误;太阳辐射大量的能量,但辐射到星际空间的能量并没有消失,而是转化成了其他形式的能量,选项B错误;马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质能,选项C正确;当人戴着手表活动时,使摆锤不停摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动,选项D错误。
答案:C2.关于能的转化与守恒定律,下列说法中错误的是( )A.能量能从一种形式转化为另一种形式,但不能从一个物体转移到另一个物体B.能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化C.一个物体能量增加,必然伴随着别的物体能量减少D.能的转化与守恒定律证明了能量既不会创生,也不会消失解析:能量可以在不同物体之间转移,也可以转化,但能的总量保持不变。
答案:A3.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。
在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉意。
该装置的能量转化情况是( )A.太阳能→电能→机械能B.太阳能→机械能→电能C.电能→太阳能→机械能D.机械能→太阳能→电能解析:太阳能电池板将太阳的能量转化为电能储存在电池板中,太阳能电池板对小电动机供电,小电动机将电能转化为小电扇快速转动的动能,故A正确,B、C、D错误。
答案:A4.2013年8月,在莫斯科世界田径锦标赛上,俄罗斯著名撑竿跳运动员伊辛巴耶娃3次冲击5米07失败,未能完成第29次打破世界纪录的壮举,但依然获得了自己的第三个世锦赛冠军。
如图所示为她在比赛中的几个画面,下列说法中正确的是( )A.运动员助跑阶段,运动员的动能增加B.撑竿恢复形变时,其弹性势能全部转化为运动员的动能C.在上升过程中运动员先对竿做负功后对竿做正功D.运动员在上升过程中机械能守恒解析:助跑阶段,运动员的速度越来越快,故动能增加,选项A正确;撑竿恢复形变时,其弹性势能转化为运动员的动能和重力势能,选项B错误;上升过程中,运动员对竿的作用力向下,竿向下弯曲时,运动员对竿做正功,竿在恢复形变时,运动员对竿做负功,选项C错误;上升中,竿的弹性势能转化为运动员的机械能,故选项D错误。
上海科教版高中物理必修2课件 能量的转化与守恒课件1
阻力作用，最终管内液体停止运
动，则该过程中产生的内能为
( A.
A1 m)gh
16
B. 1mgh
8
C. 1 mgh
4
D. 1 mgh
2
重力势能转化为内能
E内 =
m' gh' =
mgh 16
h
m'= 2 m h'= h
4
2
典例精析 三、对功能关系的理解和应用
例3 如图所示，在光滑的水平面上， 有一质量为M的长木块以一定的初速 度向右匀速运动，将质量为m的小铁 M
自我检测区
123
1．(对能量守恒定律的理解)利用
能源的过程实质上是( D )
A．能量的消失过程 B．能量的创造过程 C．能量不守恒的过程 D．能量转化或转移并且耗散的
过程
电磁炉烧水
燃气灶烧水
123
散失的能量变为 周围环境的内能
123
2．(能量守恒定律的应用)一颗子弹以
某一速度击中静止在光滑水平面上的 木块，并从中穿出，对于这一过程，
问题设计
观察教材中轿车的能量流向图，计算下列问题．
(1)轿车行驶时，做有用功的能量占燃料能量的比例是多少？
(2)在散热器和排气管中散失的能量占多大比例？
答案
(1)
=
有用的能量 燃料的能量
100%=
9 70
100%
12.9%
(2)
=
散失的能量 燃料的能量
100%=
52 70
100%
74.3%
是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢？
答案
不是 它转化成了机械能以外的其他形式的能量；实 质上都是其他形式的能与机械能相互转化的过 程，在转化的过程中，能的总量是不变的．
高中物理第4章能量守恒与可持续发展3能量的转化与守恒4.4能源与可持续发展沪科沪科高一物理
(2)电动机做功使小物体机械能增加，同时小物体与传送带间 因摩擦产生热量 Q， 而由 v＝at，得 t＝0．4 s 相对位移为 s″＝vt－s′＝0．2 m 摩擦生热 Q＝μmgs″cos θ＝15 J 故电动机做的功为 270 J． [答案] (1)255 J (2)270 J
12/10/2021
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二、能量守恒定律的确立 1．被誉为能量守恒定律奠基者的有德国的__迈__尔__、英国的 _焦__耳___和德国的_亥__姆__霍__兹___． 2．能量之间的相互转化 自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还 有内能、电能、光能、化学能等，这些能量间可以相互__转__化__， 但总的能量_不__变___，即遵守__能__的__转__化__和__守__恒__定律．
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[解析] 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做 功的装置，违背了能量转化和守恒定律，A 错；太阳辐射大 量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间 的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B 错；马和 其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源 是食物中储存的生物质能，C 对；所谓“全自动”手表内部 是有能量转化装置的，D 错． [答案] C
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对能量守恒定律的理解及应用 1．内容：能量既不会消失，也不会创生，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 转化和转移过程中，能量的总量保持不变． 2．表达式：E 初＝E 终；ΔE 增＝ΔE 减．
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高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.34.4能量的转化与守恒能源与可持续发展课件沪科版必修2
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2．近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车 轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅 靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？
(2)由 v＝at 可求得 t＝2 s Q＝μmg(vt－x)＝0.15×1×10×(6－3) J＝4.5 J. (3)E 电＝Ek＋Q＝4.5 J＋4.5 J＝9 J. 【答案】 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J
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利用能量转化与转移解题的两点注意 (1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一 物体的不同部分或不同物体间进行转移． (2)能量在转化与转移的过程中，能量的总量保持不变．利用能量守恒定律 解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏．
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【解析】 夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要 的能源浪费，选项 A 不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗 的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于 绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利 于节约能源，选项 B、C、D 都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．
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【解析】 根据动能定理得：W 升－mgh＝12mv2，可解得 W 升＝5 800 J，A 正确；合外力做功为12mv2＝12×100×42 J＝800 J，B 错误；物体重力势能增加 mgh＝100×10×5 J＝5 000 J，C 正确；物体机械能增加 E＝Fh＝W 升＝5 800 J， D 错误．
2018-2019学年高中物理第4章能量守恒与可持续发展4.3能量的转化与守恒4.4能源与可持续发展学案沪科版必修2
4.3 能量的转化与守恒 4.4 能源与可持续发展[学习目标] 1.掌握能量守恒定律．知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.2.了解能量转化和转移的方向性，认识人类珍惜和保护能源和资源的必要性.3.了解我国能源状况，认识能源与环境协调发展的必要性.4.掌握各种功能关系，会应用功能关系和能量守恒定律解决问题．一、能量的转化与守恒1．能量的多样性：自然界中能量的形式有多种，如：机械能、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等，各种不同形式的能量可以相互转化．2．能量守恒定律：(1)内容：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，或者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不变．(2)能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律，它宣布第一类永动机(不消耗能量而连续不断地对外做功，或者消耗少量能量而做大量的功的机器)是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的．二、能源与可持续发展1．能量的转化效率(1)任何机器都不可能(填“可能”或“不可能”)将输入的能量全部转化为有用的能量．(2)能量的转化效率＝有用的能量输入的能量. (3)机器的能量转化效率一定小于(填“一定小于”或“可以等于”)100%.2．能量转化和转移的方向性 研究和事实都表明：能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性．3．第二类永动机不违反(填“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但违反(填“违反”或“不违反”)能量转化和转移的不可逆性，因此不可能制成．4．能源开发、利用与环境保护(1)煤、石油、天然气等化石燃料是目前所用的主要能源，是不可(填“可以”或“不可”)再生的．(2)能源的可持续发展战略：尽可能地开发和利用各种新能源，千方百计地提高不可再生能源的合理利用率和转化效率，并且厉行节约，避免浪费．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律．(√)(2)因为能量守恒，所以我们不需要节能．(×)(3)能量的转化和转移具有不可逆性．(√)(4)任何机器的能量转化效率都低于100%.(√)(5)第一类永动机不能制成是因为违反了能量守恒定律．(√)(6)第二类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律．(×)2．一个质量为60 kg 的登山运动员，他登山时平均每小时登高500 m(竖直高度)，已知人体内将化学能转化为机械能的效率为25%，那么他在3 h 内消耗的化学能为________J ．(g 取10 m/s 2)答案 3.6×106 J解析 3 h 内增加的机械能ΔE ＝mgh ＝60×10×500×3 J＝9×105 J消耗的化学能E ＝ΔE η＝9×105 J 25%＝3.6×106 J.一、对能量守恒定律的理解[导学探究] (1)在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少．机械能减少的原因是什么？减少的部分机械能是消失了吗？(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？①植物进行光合作用．②放在火炉旁的冰融化变热．③电流通过灯泡，灯泡发光．答案(1)机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能．不是．(2)①光能转化为化学能②内能由火炉转移到冰③电能转化为光能[知识深化]1．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．2．能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．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．例1(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明( )A．在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B．在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C．在水平面上滚动时，总能量正在消失D．在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒答案AD解析在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的．。
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4.3 能量的转化与守恒4.4 能源与可持续发展能量转化与守恒[先填空]1．能量的多样性和相互转化(1)能量的多样性自然界中能量的形式多种多样，例如：机械能、内能、电磁能、核能、化学能等．(2)能量的转化不同形式的能量之间可以相互转化，在转化过程中能量是守恒的．2．能量守恒定律(1)内容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，或者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不变．(2)意义①揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性．②宣告“第一类永动机”不可能制成．[再判断]1．能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律．(√)2．随着科技的发展，“第一类永动机”是可以制成的．(×)3．不同形式的能量之间可以相互转化，因而必有损耗，所以能量是不守恒的．(×) [后思考]1．如图431小朋友沿滑梯向下滑动过程中，他们身上发生了哪些能量间的转化？小朋友的机械能守恒吗？图431【提示】小朋友下滑时，重力势能减少，动能增加，同时他们与滑梯的内能也增加；小朋友的机械能减少，一部分转化为内能．2．近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？【提示】仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去，因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电．[合作探讨]“神舟十号”飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1 000摄氏度．图432探讨1：进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高．该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？【提示】该过程动能增加，势能减少，机械能不守恒．探讨2：返回舱表面温度越高，内能越大．该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？【提示】该过程机械能向内能转化．根据能量守恒定律，机械能和内能的总量不变．[核心点击]1．对能量守恒定律的理解(1)适用条件能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动都成立．(2)意义能量守恒定律揭示了各种运动形式的统一性，它把机械的、热的、光的、电的、磁的、化学的、生物的等现象联系起来，告诉人们自然科学是相互联系、相互统一的，能量之间的转化反映了物质的运动形式的变化．2．能量转化和守恒定律的实际应用问题列能量守恒表达式时的两条基本思路：(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．1．如图433所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )图433A ．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B ．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C ．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D ．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变【解析】 由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A 、C 均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D 错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B 正确．【答案】 B2．(多选)升降机底板上放一质量为100 kg 的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m 时速度达到4 m/s ，则此过程中(g 取10 m/s 2)( )A ．升降机对物体做功5 800 JB ．合外力对物体做功5 800 JC ．物体的重力势能增加5 000 JD ．物体的机械能增加800 J【解析】 根据动能定理得：W 升－mgh ＝12mv 2，可解得W 升＝5 800 J ，A 正确；合外力做功为12mv 2＝12×100×42 J ＝800 J ，B 错误；物体重力势能增加mgh ＝100×10×5 J＝5 000 J ，C 正确；物体机械能增加E ＝Fh ＝W 升＝5 800 J ，D 错误．【答案】 AC3．如图434所示，皮带的速度是3 m/s ，两圆心距离s ＝4.5 m ，现将m ＝1 kg 的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，皮带不打滑，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(g 取10 m/s 2)图434(1)小物体获得的动能E k ；(2)这一过程摩擦产生的热量Q ；(3)这一过程电动机消耗的电能E .【解析】 (1)由μmg ＝ma 可求得a ＝1.5 m/s 2，因为μmgx ＝12mv 2所以物体加速阶段运动的位移x ＝3 m ＜4.5 m ，即物体可与皮带达到共同速度，E k ＝12mv 2＝12×1×32 J ＝4.5 J. (2)由v ＝at 可求得t ＝2 sQ ＝μmg (vt －x )＝0.15×1×10×(6－3) J ＝4.5 J.(3)E 电＝E k ＋Q ＝4.5 J ＋4.5 J ＝9 J.【答案】 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J利用能量转化与转移解题的两点注意(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移．(2)能量在转化与转移的过程中，能量的总量保持不变．利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏．能 源 与 可 持 续 发 展[先填空]1．能量转化的效率为了衡量机器可将多少输入的能量转化为有用的能量，人们提出了“能量转化效率”这一概念，它是转化为有用的能量跟输入的能量的比值，即能量的转化效率＝有用的能量输入的能量. 2．能量转化和转移的方向性能量的转化和转移具有方向性，或者说能量的转化和转移具有不可逆性．3．能源的开发和利用节约能源的方法有：采用高效锅炉，节约燃料；采用高温高压蒸汽轮机，提高热机效率；充分利用废气余热，提高燃料利用率等．[再判断]1．能量是守恒的，生产中节能是没有必要的．(×)2．能量不能创造，不能再生，能量只能进行转化和转移，但能量间的转化和转移是有方向的．(√)3．第二类永动机不违背能量守恒定律，所以总有一天是会成功的．(×)[后思考]1．有的同学认为：既然自然界总能量是守恒的，那就没必要节约能源了．他的观点为何不对？【提示】总能量虽然守恒，但是可利用的能量越来越少，所以人类应节约可利用能源．2．“煤既是常规能源又是不可再生能源”，这种认识正确吗？【提示】正确；根据能源的分类角度不同，可将煤看作常规能源和不可再生能源等．[合作探讨]探讨1：如图435所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动．机械能消失了吗？若没有消失，转化成了什么？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？图435【提示】机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动．探讨2：如图436所示，是我国能源结构的统计图，根据此图的数据，总结出我国能源结构或现状有什么规律？图436【提示】我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小．[核心点击]能量转化和转移的方向性1．能量的转移和转化能量的转移和转化具有方向性，也可以说，能量的转移和转化具有不可逆性．(1)机械能和内能转化过程的方向性机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化．机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却很复杂．机械能 能自发且完全转变为不能自发且不引起其他变化完全转变为内能(2)热量总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移．高温物体 热量Q 能自发传给热量Q 不能自发传给低温物体2．第二类永动机能量在转化和转移过程中总存在一定的损失，不可能100%地被利用．(1)第二类永动机是指将输入的总能量100%用来对外做功，而不引起其他变化．(2)第二类永动机并不违背能量守恒定律，但也是不可能实现的，所以它也只是人们的一种幻想罢了．虽然转化效率为100%的机器无法造出，但是我们可以尽量提高能量的转化效率．4．(多选)在最近几年的家电市场上出现一个新宠——“变频空调”，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5至7倍．空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动．这样会频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机．而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电．阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是( )A ．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律B ．变频空调运行中做功少，转化能量多C ．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电D ．变频空调与定频空调做同样多的功时，消耗同样电能【解析】 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A 错；功是能量转化的量度，做同样多的功，消耗同样电能，B 错，D 对；由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C 对．【答案】 CD5．十八大报告提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是( )A．夏天天气炎热，空调的温度调得越低越好B．把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器C．出行时，如果条件允许的话，尽可能选择公共交通工具D．日常生活中，做到随手关灯，关掉较长时间不使用的电脑和电视【解析】夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源浪费，选项A不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利于节约能源，选项B、C、D都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．【答案】 A6．水能是可再生能源，可用来发电为人类提供清洁的能源．若一水力发电站水库平均流量为Q m3/s，落差为h m．试回答和计算：(1)水力发电过程是什么能之间的转化？(2)设发电效率为η，则全年的发电量为多少？(用kW·h来表示)【解析】(1)水力发电过程中，消耗了水的机械能产生了电能，水力发电过程是机械能转化为电能．(2)每秒钟从高度h处落下的水的质量为m＝ρQ，则每秒钟减少的机械能为E＝ρQgh(J)根据能量守恒定律可知每秒产生的电能为E电＝ηE＝ηρQgh(J)则全年的发电量为E总＝ηEt＝365×24×3 600×ηρQgh＝3.153 6×107ηρQgh(J)＝8.76ηρQgh(kW·h)【答案】(1)机械能转化为电能(2)8.76ηρQgh(kW·h)能量转化效率类问题的解题技巧(1)分析能量形式以及能量转化的方向．搞清楚是何种形式的能向何种形式的能的转化．抓住能量转化过程中能量守恒这一重要规律，即满足E1＝E2＋E损失．(2)寻找能量转化效率与功率、总功之间的关系．①根据总功和效率可求出获得的能量，即E2＝ηE1；②根据功能关系W＝E1求功；③根据功与功率的关系W＝Pt求出功率．。