高中物理人教版 (新课标)必修210.能量守恒定律与能源导学案

十、能量守恒定律与能源

【要点导学】

1、能量守恒定律的内容是：

___________________________________。

能量有多种形式，与机械运动对应的能叫做机械能，与化学反应对应的能叫做化学能，与电荷运动对应的能叫做电能，与热运动对应的能叫做内能，……，此外还有生物能、磁能、核能等。当只有重力做功时，物体的重力势能与动能发生转化，减少（增加）的重力势能转化为增加（减少）的动能，物体的机械能是守恒的，可见机械能守恒定律仅仅是能量守恒定律在机械运动中的特殊体现。涉及机械能与内能发生转化时，物体的机械能不再守恒，减少（增加）的机械能将转化为增加（减少）的内能，这时尽管机械能不再守恒，但包括___________在内的总能量还是守恒的。永动机之所以不能实现，其原因是因为它_____________________。

2、能量的耗散是指__________________________________，能量耗散并不违背_________，但反映出自然界中宏观过程具有_________，能源利用受它的制约，所以能源利用是有________，也是有___________。

【范例精析】

例1   在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将(    )

A、降低　　B、不变　　C、升高　　D、无法判断

解析   电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。

拓展   如图为化学中电解食盐（NaCl）水的示意图，a、b为两根导体电极，从能量角度看，电解的过程是将电能转化为化学能的过程，由于食盐水有一定的电阻，所以有一部分电能将转化为焦耳热。设电源电压为U，a、b间食盐水的等效电阻为R，电流表的示数为I，不计电极的电阻，下列说法正确的是(   )

A、电流表的示数等于U/R

B、电源的电压等于IR

C、单位时间产生的焦耳热等于I2R

D、单位时间产生的化学能等于IU-I2R

答案：BC[提示：电解过程中在把电能转化为化学能的同时，电解液电阻上也要产生焦耳热，作为电解来讲，此部分能量是浪费了]

例2   瀑布从20cm高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2）

解析 由能流图对能量的转化做出分析可得，

瀑布竖直下落后减少的机械能为mgh－mv2/2

转化为电能的为P=E/t=(mgh－mv2/2)×0.8/t=ρ水Q（gh－v2/2）×0.8

=103×103(10×20－22/2)×0.8W=1.58×108W=1.58×105kW

拓展  某地强风速为v=14m/s，设空气密度为ρ=1.3kg/m3，通过横截面积为S=400m2的风全部使风力发电机转动，其动能有20%转化为电能，则发电的功率为多少瓦？（取2位有效数字）(答案：1.4 ×105)[提示：t秒内到风叶处的空气包含在以S为底面积，长为L=vt的柱体中]

【能力训练】

1、指出下列物理现象中能量转化的情况：

(1)燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，是_______能转化为_________能。

(2)给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是_________能转化为_________能。

(3)汽车紧急制动后在地面上滑行直到静止的过程，是_________能转化为_________能。

(4)跳伞运动员打开降落伞后，匀速下降阶段是_________能转化为_________能。

(1)内，机械；(2)电，内；(3)机械，内；(4)机械，内

2、若无大气吸收，在垂直照射时地球上每平方米面积的太阳光入射功率为P0=1.8kw，已知太阳到地球的距离为r=1.5×1011m，试计算太阳一秒钟总共放出多少能量？（保留一位有效数字）

5×1026J

3、瀑布从10m高处落下，如果下落中减少的机械能有50％转化为水的内能，水的温度升高多大?水的比热容是4.2×103J/(kg×0C)

0.012℃

4、如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带有阀门S的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中的高h，打开阀门使A中水逐渐流向B中最后达到平衡。设A和B的横截面分别为SA和SB，水的密度为ρ。求：①大气压力对水做的功；②水的内能变化量。（忽略活塞和容器内能的变化）

5、电动机是把电能转化为机械能的装置，某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的重力等于500N，电源的电压恒定为110V，不计摩擦．当电动机以v=1.0m/s的恒定速度向上提升重物时，电流表的读数为5A：问：

(1)把电动机的输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，计算此电动机的效率；

(2)电动机的绕线电阻为多大？

(1)90.0%；(2)2Ω