教科版必修26 能源的开发与利用图片ppt课件

这是一份教科版必修26 能源的开发与利用图片ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，能量守恒定律，物质资源，劳动生产率，产业革命，非再生，可再生，太阳能，核聚变能，关键能力·合作学习等内容，欢迎下载使用。

一、能量守恒定律【情境思考】 “神舟十号”飞船返回舱进入大气层很长时间,加速下落,返回舱表面温度升高。问题1:返回舱的动能和势能如何变化?提示:动能增加,势能减少,有内能产生。
问题2:机械能还守恒吗?提示:不守恒。
1.能量的相互转化:自然界任何形式的能量在转移和_____的过程中,都要遵循具有普遍意义的能量守恒定律。2.定律内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式_____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_____保持不变。3.物理意义:(1)能量守恒定律是自然界最_____、最_____、最可靠的自然规律之一,是大自然普遍和谐性的一种表现形式。(2)机械能守恒定律是普遍的_____________的一种特殊形式。
二、能源分类和新能源开发1.能源:指能够提供某种形式能量的_________。2.能源利用:(1)时期:人类利用能源的历史时期有_____、_____、_____时期等。(2)意义。①能源利用方式的改进极大地提高了___________。②新能源的利用引起人类社会经济_____和_________。③能源消耗的多少成为一个国家和地区经济发展水平的重要_____之一。
(3)分类。①煤、石油和天然气为化石燃料,这些能源不可再生,也不可重复利用,所以又称为_______能源。②新能源多为_______能源。3.新能源:目前,正在开发的新能源有风能、海洋能、_______、地热能、氢能、生物质能及_________等。
知识点一　能量守恒定律的理解和应用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.表达式:(1)E初=E末,初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。(2)ΔE增=ΔE减,能量的增加量等于能量的减少量。
3.应用步骤:(1)明确研究对象及研究过程。(2)明确该过程中,哪些形式的能量在变化。(3)确定参与转化的能量中,哪些能量增加,哪些能量减少。(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。
【问题探究】有人说:热传递的方向可以从低温物体向高温物体。讨论该说法是否正确?提示:该说法不严密、不全面,正确的应是:热传递中,内能不能自动地从低温物体向高温物体转移。
【典例示范】【典例】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,如图所示。传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时,求:(1)小木块的位移和传送带转过的路程。(2)小木块获得的动能。(3)摩擦过程中产生的内能。(4)因传送小木块电动机多消耗的电能。
【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 传送带始终匀速运动,路程x2=vt= (2)小木块获得的动能Ek= (3)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x相对=x2-x1= 产生的内能Q=μmg·x相对= mv2(4)根据能量守恒定律,因传送小木块电动机多消耗电能ΔE=Q+ mv2=mv2答案:(1) 　 　(2) mv2　(3) mv2　(4)mv2
【素养训练】1.一个物体沿粗糙斜面匀速滑下,下列说法正确的是(　　)A.物体机械能不变,内能也不变B.物体机械能减小,内能不变C.物体机械能减小,内能增大,机械能与内能总量减小D.物体机械能减小,内能增大,机械能与内能总量不变
【解析】选D。物体沿粗糙的斜面匀速下滑的过程中,速度不变,物体动能不变;高度减小,重力势能减小;故物体的机械能减小;物体下滑,克服摩擦做功,机械能转化为内能,故内能增大,能量是守恒的;故D正确,A、B、C错误。
2.某地平均风速为5 m/s,已知空气密度是1.2 kg/m3,有一风车,它的风叶转动时可形成半径为12 m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?
【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 转变成的电能 所以风车带动发电机的功率为 代入数据得P=3.4 kW答案:3.4 kW
【加固训练】　　(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起动时,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,等温度高了再继续起动。这样会频繁起动,耗电多,而变频空调起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】选C、D。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。
知识点二　功能关系的理解和应用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,具体功能关系如表:
【典例示范】【典例】如图光滑水平导轨AB的左端有一压缩的弹簧,弹簧左端固定,右端前放一个质量为m=1 kg的物块(可视为质点),物块与弹簧不粘连,B点与水平传送带的左端刚好平齐接触,传送带的长度BC的长为L=6 m,沿逆时针方向以恒定速度v=2 m/s匀速转动。CD为光滑的水平轨道,C点与传送带的右端刚好平齐接触,DE是竖直放置的半径为R=0.4 m的光滑半圆轨道,DE与CD相切于D点。已知物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10 m/s2。
(1)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带刚好能到达C点,求弹簧储存的弹性势能Ep。(2)若释放弹簧,物块离开弹簧,滑上传送带能够通过C点,并经过圆弧轨道DE,从其最高点E飞出,最终落在CD上距D点的距离为x=1.2 m处(CD长大于1.2 m),求物块通过E点时受到的压力大小。(3)满足(2)条件时,求物块通过传送带的过程中产生的热能。
【解析】(1)由动能定理知:-μmgL=0- 由能量守恒定律知:Ep= 解得:Ep=12 J(2)由平抛运动知,竖直方向:y=2R= gt2水平方向:x=vEt在E点,由牛顿第二定律知:N+mg= 解得:N=12.5 N
(3)从D到E,由动能定理知:-mg·2R= 解得:vD=5 m/s从B到D,由动能定理知-μmgL= 解得:vB=7 m/s对物块L= t′解得:t′=1 sΔs相对=L+vt′=6 m+2×1 m=8 m由能量守恒定律知:Q=μmg·Δs相对解得:Q=16 J答案:(1)12 J　(2)12.5 N　(3)16 J
【素养训练】如图所示,竖直平面内,长为L=2 m的水平传送带AB以v=5 m/s顺时针传送,其右下方有固定光滑斜面CD,斜面倾角θ=37°,顶点C与传送带右端B点竖直方向高度差h=0.45 m,下端D点固定一挡板。一轻弹簧下端与挡板相连,上端自然伸长至E点,且C、E相距0.4 m。现让质量m=2 kg的小物块以v0=2 m/s的水平速度从A点滑上传送带,小物块传送至B点后飞出恰好落至斜面顶点C点且与斜面无碰撞,之后向下运动。已知弹簧的最大压缩量为0.2 m,物块所受空气阻力不计,取重力加速度g=10 m/s2,sin37°=0.6,cs37°=0.8。求:
(1)传送带与小物块间的动摩擦因数μ。(2)由于传送物块,电动机对传送带所多做的功。(3)弹簧的最大弹性势能。
【解析】(1)将物块在C点的速度沿水平和竖直方向分解,则vy= =3 m/s则物块通过B点的速度为vB=vyct37°=4 m/s由于vB(2)物块由A到B的运动时间t= 此过程传送带的位移s=vt= 所以由于传送物块,电动机对传送带所多做的功W=μmgs=20 J(3)物块到C点时的速度为vC= =5 m/s对物块,由C点运动到最低点的过程,由能量守恒定律得mg(sCE+Δx)sinθ+ =Epm代入解得弹簧的最大弹性势能Epm=32.2 J答案:(1)0.3　(2)20 J　(3)32.2 J
【加固训练】1.如图所示,滑块静止于光滑水平面上,与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态。现用恒定的水平外力F作用于弹簧右端,在向右移动一段距离的过程中,拉力F做了10 J的功。上述过程中(　　)A.弹簧的弹性势能增加了10 J B.滑块的动能增加了10 JC.滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 J D.滑块和弹簧组成的系统机械能守恒
【解析】选C。拉力F做功既增加了弹簧的弹性势能,还增加了滑块的动能,A、B错;系统增加的机械能等于拉力F做的功,C对,D错。
2.(多选)某直升机在执行救助任务。直升机通过绳索用恒力F竖直向上拉起救助官兵和被困人员,示意图如图所示,使其由水面开始加速上升到某一高度,若考虑空气阻力而不考虑空气浮力,则在此过程中,以下说法正确的有(　　)A.力F和阻力的合力所做的功等于两人机械能的增量B.两人克服重力所做的功等于两人重力势能的增量C.力F、重力、阻力三者合力所做的功等于两人动能的增量D.力F所做功减去克服阻力所做的功等于两人重力势能的增量
【解析】选A、B、C。根据除重力外其他力做的功等于物体机械能的增量,选项A正确,D错误;根据重力做功与重力势能的关系,选项B正确;根据动能定理,选项C正确。
【拓展例题】考查内容:能量守恒定律在实际中的应用【典例】一水电站,水流的落差为20 m,水流冲击水轮发电机后,水流的能有20%转化为电能,若发电机的功率为200 kW,则每分钟的水流量是多少?(g取10 m/s2)
【解析】设1分钟水的流量为Q,则在1分钟内流水的质量m=Qρ在1分钟内流水减少的重力势能ΔEp=mgh=Qρgh由题意可知:发电机的功率 整理得: 代入数据得: 答案:300 m3
1.关于能量和能源,下列说法正确的是(　　)A.在能源的利用过程中,由于能量在数量上并未减少,所以不需要节约能源B.能量耗散说明能量在转化的过程中,其总量会不断减少C.能量耗散现象说明,在能量转化的过程中,可利用的品质降低了D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
【解析】选C。在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未减少,但可利用率越来越小,故仍需节约能源,故A错误。能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小,但总量不会减少,故B错误。能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小,可利用的品质降低了,故C正确。能量既不会创生也不会消失,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,故D错误。
【加固训练】　　关于能源的开发和节约,你认为以下观点错误的是(　　)A.能源是有限的,无节制地利用常规能源,如石油之类,是一种盲目的短期行为B.根据能量守恒定律,担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现C.能源的开发利用,必须要同时考虑对环境的影响D.和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径【解析】选B。虽然能量守恒,但由于能量耗散现象的存在,可利用能源仍存在减少问题,故要节约能源和开发新能源。故本题选B。
2.某次蹦极时,跳跃者站在悬崖的平台上,把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处,然后两臂伸开,双腿并拢,头朝下跳下去,约5 s时突然往上反弹,反复持续4～5次,最后安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中(　　)
A.只有动能和势能的相互转化,机械能的总量保持不变B.减少的机械能转化为其他形式的能,转化过程中能的总量减少了C.减少的机械能转化为其他形式的能,转化过程中能的总量是守恒的D.减少的机械能转化为其他形式的能,其他形式的能也可自发地转化为机械能【解析】选C。 人在蹦极过程中橡皮条的弹力对人做功,所以机械能不守恒,A错误。根据能量守恒定律可知,减少的机械能转化为其他形式的能(内能)。因为能量转化具有方向性,其他形式的能不会自发地转化为机械能,B、D错误,C正确。
3.如图所示,一木块放在光滑水平面上,一子弹水平射入木块中,射入深度为d,平均阻力为f。设木块滑行距离为s时开始匀速前进,下列判断正确的是(　　)A.木块动能的增加量等于f(s+d)B.子弹损失的动能等于fsC.子弹与木块总机械能的损失等于fsD.子弹与木块总机械能的损失等于fd
【解析】选D。 木块位移为s,木块动能的增加量等于fs,故A错误;子弹位移为s+d,子弹损失的动能等于f(s+d),故B错误;子弹在木块中滑行的距离为d,系统损失的机械能转化为系统的内能,损失的机械能为fd,故C错误,D正确。
4.如图所示,一质量为m的小物体固定在劲度系数为k的轻弹簧右端,轻弹簧的左端固定在竖直墙上,水平向左的外力F推物体压缩弹簧,使弹簧长度被压缩了b。已知弹簧被拉长(或者压缩)长度为x时的弹性势能Ep= kx2。求在下述两种情况下,撤去外力后物体能够达到的最大速度。 (1)地面光滑。(2)物体与地面的动摩擦因数为μ。
【解析】(1)地面光滑情况下,弹簧达到原长时,物体速度最大,为v1。弹簧被压缩后,弹性势能Ep= kb2根据机械能守恒有:Ep= 解得:v1 = (2)物体与地面的动摩擦因数为μ的情况下,当弹簧弹力等于滑动摩擦力时,物体速度最大,为v2。设这时弹簧的形变量为s,有:ks = μmg此时,弹簧弹性势能为:E′p= ks2