考点4 电场、磁场和能量转化
考点4 电场、磁场和能量转化
命题趋势
电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。
知识概要
能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：
如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。
电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场电、磁场中的功和能
电场中的
功和能 电势能
由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU
电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能
转化 转化 磁场中的
功和能
洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机
做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化
中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。
点拨解疑
【例题1】（1989年高考全国卷）如图1所示，一个质量为m ，电量为-q 的小物体，可在水平轨道x 上运动，O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为E ，方向沿Ox 轴正向的匀强磁场中，小物体以初速度v 0从点x 0沿Ox 轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f 作用，且f 【点拨解疑】 首先要认真分析小物体的运动过程，建立物理图景。开始时，设物体从x 0点，以速度v 0向右运动，它在水平方向受电场力qE 和摩擦力f ，方向均向左，因此物体向右做匀减速直线运动，直到速度为零；而后，物体受向左的电场力和向右的摩擦力作用，因为qE >f ，所以物体向左做初速度为零的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙壁碰撞，碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反，然后物体将多次的往复运动。 但由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动。物体停止时，所受合外力必定为零，因此物体只能停在O 点。 对于这样幅度不断减小的往复运动，研究其全过程。电场力的功只跟始末位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功 0qEx W E = 根据动能定理 k E W ?=总， 得： 2002 10mv fs qEx -=- f mv qEx s 22200+=∴。 点评：该题也可用能量守恒列式：电势能减少了0qEx ，动能减少了202 1mv ，内能增 加了fs ， ∴ 20021mv qEx fs += 同样解得f mv qEx s 22200+=。 【例题2】 如图2所示，半径为r 的绝缘细圆环的环面固定在水平面上，场强为E 的匀强电场与环面平行。一电量为+q 、质量为m 的小球穿在环上，可沿环作无摩擦的圆周运动，若小球经A 点时，速度v A 的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，试计算： （1）速度v A 的大小； （2）小球运动到与A 点对称的B 点时，对环在水平方向的作用力。 【点拨解疑】 （1）在A 点，小球在水平方向只受电场力作用，根据牛顿第二定律 得： r v m qE A 2= 所以小球在A 点的速度m qEr v A =。 （2）在小球从A 到B 的过程中，根据动能定理，电场力做的正功等于小球动能的增加量，即 222 1212A B mv mv qEr -=， 小球在B 点时，根据牛顿第二定律，在水平方向有r v m qE N B B 2=- 解以上两式，小球在B 点对环的水平作用力为：qE N B 6=。 点评：分析该题，也可将水平的匀强电场等效成一新的重力场，重力为Eq ，A 是环上的最高点，B 是最低点；这样可以把该题看成是熟悉的小球在竖直平面内作圆周运动的问题。 【例题3】（2002年理综全国卷）如图3所示有三根长度皆为l ＝1.00 m 的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的 O 点，另一端分别挂有质量皆为m ＝1.00×210-kg 的带电小球A 和B ，它们的电量分别为一q 和＋q ，q ＝1.00 ×710-C ．A 、B 之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E ＝1.00 ×106N/C 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A 、B 球的位置如 图所示．现将O 、B 之间的线烧断，由于有空气阻力，A 、B 球最后会达 到新的平衡位置．求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改 变了多少．（不计两带电小球间相互作用的静电力） 【点拨解疑】图（1）中虚线表示A 、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中α、β分别表示OA 、AB 与竖直方向的夹角。A 球受力如图（2）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向左；细线OA 对A 的拉力T 1，方向如图；细线AB 对A 的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得 qE T T =+βαsin sin 21① βαcos cos 21T mg T +=② B 球受力如图（3）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向右；细线AB 对B 的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得 qE T =βsin 2③ mg a T =cos 2④ 联立以上各式并代入数据，得 0=α⑤ ο45=β⑥ 由此可知，A 、B 球重新达到平衡的位置如图（4）所示。 与原来位置相比，A 球的重力势能减少了 )60sin 1(ο -=mgl E A ⑦ B 球的重力势能减少了 )45cos 60sin 1(οο+-=mgl E B ⑧ -q q O A B E 图3 -q q O A B E 图（4） 图 4 A 球的电势能增加了 W A =qElcos 60°⑨ B 球的电势能减少了 )30sin 45(sin ο ο-=qEl W B ⑩ 两种势能总和减少了 B A A B E E W W W ++-= 代入数据解得 J W 2108.6-?= 【例题4】（2003年全国理综卷）如图5所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B =0.50T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m 。两根质量均为m=0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R =0.50Ω。在t =0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N 的恒力F 作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t =5.0s ，金属杆甲的加速度为a =1.37m/s 2，问此时两金属杆的速度各为多少？ 【点拨解疑】设任一时刻t 两金属杆甲、乙之间的距离为x ，速度分别为v 1和v 2,经过很短的时间△t ，杆甲移动距离v 1△t ，杆乙移动距离v 2△t ，回路面积改变 t l v v lx t t v t v x S ?-=-+?+?-=?)(])[(2112 由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势t S B E ??= 回路中的电流 R E i 2= 杆甲的运动方程ma Bli F =- 由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等，方向相反，所以两杆的动量0(=t 时为0）等于外力F 的冲量211mv mv F += 联立以上各式解得)](2[21211ma F F B R m F v -+= )](2[212212ma F I B R m F v --= 代入数据得s m v s m v /85.1/15.821== 针对训练 1． 如图6所示，长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ，处于磁 感应强度为B 的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。将线圈以 向右的速度v 匀速拉出磁场，求：①拉力F 大小；②拉力的功 F 图 5 图 6 率P ；③拉力做的功W ；④线圈中产生的电热Q ；⑤通过线圈某一截面的电荷量q 。 2．如图7所示，水平的平行虚线间距为d =50cm ，其间有B=1.0T 的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l =10cm ，线圈质量m=100g ，电 阻为R =0.020Ω。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h =80cm 。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的 速度相等。取g =10m/s 2，求：⑴线圈进入磁场过程中产生的电热Q 。 ⑵线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v 。⑶线圈下边缘穿越磁场 过程中加速度的最小值a 。 3．（2001年上海卷）如图8所示，有两根和水平方向成。角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为及一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下。经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度几，则 （A ）如果B 增大，v m 将变大 （B ）如果α变大，v m 将变大 （C ）如果R 变大，v m 将变大 （D ）如果m 变小，v m 将变大 4．（2001年上海卷）半径为a 的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B ＝0.2T ，磁场方向垂直纸面向里，半径为b 的金属圆环与磁场同心地放 置，磁场与环面垂直，其中a ＝0.4m ，b ＝0.6m ，金属环上 分别接有灯L 1、L 2，两灯的电阻均为R 0＝2Ω，一金属棒 MN 与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计 （1）若棒以v 0＝5m/s 的速率在环上向右匀速滑动，求 棒滑过圆环直径OO ′ 的瞬时（如图9所示）MN 中的电动势 和流过灯L 1的电流。 （2）撤去中间的金属棒MN ，将右面的半圆环OL 2O ′ 以 OO ′ 为轴向上翻转90o，若此时磁场随时间均匀变化，其变 化率为ΔB /Δt ＝4T/s ，求L 1的功率。 h d l 1 2 3 4 v 0 v 0 v 图 7 图 8 图9 5．如图10所示，电动机牵引一根原来静止的、长L 为1m 、质量m 为0.1kg 的导体棒MN 上升，导体棒的电阻R 为1Ω，架在竖直放置的框架上，它们处于磁感应强度B 为1T 的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直。当导体棒上升h =3.8m 时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2J ，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V 、1A ，电动机内阻r 为1Ω，不计框架电阻及一切摩擦，求： （1）棒能达到的稳定速度； （2）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。 参考答案 1．解析： V BL E 2=，R E I =，2BIL F =，V R V L B F ∝=∴222；2V FV P ∝=；V R V L L B FL W ∝==12221；V W Q ∝=；无关。与v R t R E t I q ?Φ==?= 特别要注意电热Q 和电荷q 的区别，其中 q 与速度无关！ 2．解：⑴由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q 就是线圈从图中2位置到4位置产生的电热，而2、4位置动能相同，由能量守恒Q =mgd=0.50J ⑵3位置时线圈速度一定最小，而3到4线圈是自由落体运动因此有 v 02-v 2=2g (d-l )，得v =22m/s ⑶2到3是减速过程，因此安培力R v l B F 22=减小，由F -mg =ma 知加速度减小，到3位置时加速度最小，a=4.1m/s 2 3． B 、C 4．解析：（1）E 1＝B 2a v ＝0.2×0.8×5＝0.8V ① I 1＝E 1/R ＝0.8/2＝0.4A ② （2）E 2＝ΔФ/Δt ＝0.5×πa 2×ΔB /Δt ＝0.32V ③ P 1＝(E 2/2)2/R ＝1.28×102W 5．解析：（1）电动机的输出功率为：62=-=r I IU P 出W 电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率，所以有Fv P =出 其中F 为电动机对棒的拉力，当棒达稳定速度时L I B mg F '+= 感应电流R BLv R E I ==' 由①②③式解得，棒达到的稳定速度为2=v m/s （2）从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中，电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能，由能量守恒定律得：Q mv mgh t P ++ =22 1出 解得 t =1s 能量的转化和守恒教学设计 一、课标要求： 1.通过实例了解能量及其存在的不同形式 2.能简单描述各种各样的能量和我们生活的关系 3. 通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。 二、教学重点 1. 各种形式的能的转化 2. 能量守恒定律 教学难点 1.区别能量转移和能量转化 2.能量守恒定律的具体应用 三、学情分析本节内容是在学生认识生活中常见的电能、机械能、光能、内能、化学能等常规能源的基础上，对生活中常见能量转化与转移进行粗略的分析与总结，学生很容易把转化的方向弄反；容易把能量守恒理解为局部的 四、教学过程 （一）能量的转化 （1）自然界存在着多种形式的能量。 （2）在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移 演示1：划火柴 演示2：用铁锤敲打铁丝 方法点拨：在判断能量是如何转化时，可先找出是哪一种形式的能量减少了，哪一种形式的能量增加了，增加的那一种形式的能量就是由减少的那一种形式的能量转化而来的。 在自然界中能量的转化也是普遍存在的。例子分析： 1. 小朋友滑滑梯； 2. 在气体膨胀做功的现象中； 3. 在水力发电中； 4. 在火力发电厂； 5. 电流通过电热器时； 6. 电流通过电动机。有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，请同学分析课件中的图片的能量转化… （二）能量的转移 演示3：把铁丝放在酒精灯上加热；运动的甲钢球撞击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。 （三）能量守恒定律 演示3：滚摆实验 问：滚摆越滚越低的过程中，机械能发生了什么变化？减少的机械能到哪里去了呢？ 大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。 科学工作者经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律——能量守恒定律：… 讲解：尽管有的时候，物体某种形式的能量，可能转移到几个物体或转化成 电路中的能量转化 如图 12.1-3 ，当电动机接上电源后，会带动风扇转 动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？ 【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω， 当它两端所加的电压为220V 时，通过的电流是 5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各 是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消 耗的电功率 P 电、电动机发热的功率 P 热和对外做 功转化为机械能的功率 P 机。三者之间遵从能量守恒定律，即 P 电＝ P机＋ P热解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为 P热 ＝I2R＝52×0.4W＝10W电动机消耗的电功率为 P电＝ UI＝ 220× 5W＝ 1100W 根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为 P机＝ P电－ P热＝ 1100W －10W ＝1090W 这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为 1090W 。 练习与应用 1.试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？ 2.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状 态，另一种是水烧干以后的保温状 态。图 12.1-4 是电饭锅的电路图， R1是电阻， R2是加热用的电 阻丝。（ 1）自动开关 S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状 在保态？说明理由。（2 ）要使电饭锅温状态下的功率是加热状态的 一半， R1R2 应该是多少？ 3.四个定值电阻连成图 12.1-5 所示的电路。 RA 、 RC 的规格为 “ 10V4W ”，RB 、RD 的规格为“ 10V2W ”。请按消耗功率大小的顺序 排列这四个定值电阻，并说明理由。 4.如图 12.1-6 ，输电线路两端的电压 U 为 220V ，每条输电线的电阻 R 为 5Ω，电热水器 A 的电 阻 RA 为 30 Ω。求电热水器 A 上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻 RB 为 40Ω的电热水壶 B ， 则 电热水器 和电热水壶消耗的功率各是多少？ 闭合电路的欧姆定律练习与应用 1.某个电动势为 E 的电源工作时，电流为 I ，乘积 EI 的单位是什么？从电动势的意义来考 虑， EI 表 示 什么？ 2.小张买了一只袖珍手电筒， 里面有两节干电池。 他取出手电筒中的小灯泡， 看到上面标有“ 2.2V0.25A ” 的字样。小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他 推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？ 提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。 3.许多人造地球卫星都用太阳电池供电（图 12.2-7 ）。太阳电池由许多片电池板组成。某电池板不接 负载时的电压是 600μV ，短路电流是 30 μA 。这块电池板的内阻是多少？ 4.电源的电动势为 4.5V 、外电阻为 4.0Ω时，路端电压为 4.0V 。如果在外电 路并联一个 6.0Ω的电阻，路端电压是多少？如果 6.0Ω的电阻串联在外电 路中，路端电压又是多少？ 5.现有电动势为 1.5V 、内阻为 1.0Ω的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为 6.0V 、工作电流为 0.1A 的用电器供电。问：最少需要用几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来 分压，请计算这个电阻的阻值。 6.图 12.2-8 是汽车蓄电池供电简化电路图。当汽车启动S 闭合，电动机工作，车 第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析（A 卷） 考测点导航 1、电源的功率和效率。 ⑴功率：①电源的功率（电源的总功率）P E =EI ②电源的输出功率P 出=UI ③电源内部消耗的功率P r =I 2 r ⑵电源的效率：%100?= ε η··I U I 2、根据能量的转化和守恒定律，在闭合电路中应有 ，即内出总P P P += 2I I U I r ε=+··· 3、电源的输出功率（在纯电阻电路中） 电源输出功率随外电阻变化的图线如图37—A--1所示，而当外电路电阻等于内电阻时，电源的输 出功率最大。即r P r R m 42 ε= =时当 4、恒定电流中有关电容器问题，在中学阶段一般只研究稳态情况，电容器的“隔直”性质决定了恒定电流电路中含有电容器的支路具有断路的特点。 5、关于电路的故障的分析与排除 电路出现的故障有两个原因：（1）短路；（2）断路（包括接线断或接触不良、电器损坏等情况）。 一般检测故障用电压表． 如果电压表示数为0,说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联段内有短路．如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联段之外无断路，或并联段内无短路. 典型题点击 1、（2003江苏）在如图37—A--2所示的电路中，电源的电 动势ε＝3.0V ，内阻r ＝1.0Ω， 电阻R 1＝10Ω，R 2＝10Ω，R 3＝30Ω，R 4＝35Ω；电容器的电容C ＝uF ，电容器原来不带电.求接通电键K 后流过R 4的总电量。（本题主要考查闭合电路中的电容问题） 2、如图37—A--3所示理想伏特表和安培表与电阻R 1、R 2、R 3连接的电路中，已知：R 3=4Ω，安 培表读数为0.75A ，伏特表读数为2V ，由于某一电阻断路，使安培表读数为0.8A ，而伏特表读数为3.2V 。(1)哪一只电阻发生断路。(2)电源电动势和内阻各为多大？ （本题主要考查闭合电路的欧姆定律和故障问题的处理） 3、如图37—A--4，电源电动势=9.0V 内阻r=1.0Ω R 1=0.5Ω，求R 2 阻值多大时， (1) 电源输出的电功率 最大?最大输出功率是多少? 此时效率? (2)电阻R 1的电功率最大?最大电功率是多少? (3)滑动变阻器R 2的电功率最大? 最大电功率是多少?（本题主要考查纯电阻电路的电功率的计算，注意考虑等效电源的处理） 4、在图37—A--5所示电路中，ε为电源电动势，r 为电源内阻，R 1为可变电阻，R 0、R 2、R 3、R 皆为固定电阻，当调大R 1时，试定 性推论R 2、R 3、R 0及R 上的功率将如何变化？(本题主要考查电压、电流、电阻和欧姆定律，考查推理能力) 新活题网站 一、选择题 1、将两个阻值不同的电阻R 1、R 2分别单独与同一电源连接，如果在相同的时间内，R 1、R 2发出的热量相同，则电源内阻为[ ] （A ） 12 2 R R + （B ）1212R R R R + （C （D ） 12 12 R R R R + （本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的电热问题，本题还可以从U —I 图象上来理解） 2、电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下面说法中正确的是 [ ] (A)电源的路端电压一定逐渐变小 (B)电源的输出功率一定逐渐变小 (C)电源内部消耗的功率一定逐渐变大 (D)电源的供电效率一定逐渐变小 （本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分析问题及有关基本概念） 3、如图37—A--6所示，A 、B 两盏电灯完全相同，当滑动变阻器的滑头向左移动时，则[ ] （A ）A 灯变亮，B 灯变亮 （B ）A 灯变暗，B 灯变亮 （C ）A 灯变亮，B 灯变暗 （D ）A 灯变暗，B 灯变暗 （本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分 析中的功率问题） 图37—A--4 图37—A--1 图37—A--5 图37—A--2 图37—A--3 图37—A--6 第三章 第1节 能量的相互转化 【本讲教育信息】 一、教学内容 能量的相互转化 二、考点清单 （一）学习目标： 1、理解能量的相互转化具有普遍意义。 2、知道消耗能量、利用能量或获得能量的过程就是能量的相互转化和转移的过程。 3、学会在具体情景中分析能量形式的转化。 （二）重难点分析： 重点：知道消耗能量、利用能量或获得能量的过程就是能量的相互转化和转移的过程。 难点：学会在具体情景中分析能量形式的转化。 三、全面突破 【知识点1】各种形式的能量： 1、能的存在形式：山顶的雪会发生雪崩，说明自然界存在着能，能有很多种形式，常见的有以下几种： 能量形式 定义 机械能 动能和势能统称为机械能（物体由于运动而具有的能叫动能；由于被举高或发生弹性形变而具有的能叫势能） 化学能 物质发生化学变化时所表现出来的能量叫化学能。食物、燃料等物质中储存有化学能。 电能 电具有的能叫做电能。 声能 声音具有的能称为声能 风能 流动的风具有的能量称为风能 光能 光具有的能量称为光能 内能 也即俗称的热能，是物体内部大量做热运动的粒子具有的能。 2、区分能量和能源两个概念： （1）能量：能量是能的一种量度和存在形式，包括机械能、化学能、电能、声能、风能、光能、内能等多种形式。 （2）能源：是为人类能提供能量的所有资源，它可以是一种能量形式，如电能、风能、大阳能；也可以是一种具体的含有能量的物质，如煤、石油、天然气、垃圾、木柴等。 【典型例题】 例1. 请仔细阅读下文，并回答文后问题。 福州打造海西“多电型”能源基地 据2009年5月21日《福州晚报》报道，随着海交会开幕和一系列能源项目的开工建设，多种能源互补的能源发展和保障体系已使福州能源建设走在海西前头。 不久的将来，我市公交车将用上天然气做燃料，这种清洁能源能有效减少空气污染。随着红庙岭垃圾发电厂的建设，节能环保、替代型能源有了新的突破，目前焚烧1吨垃圾能发电220kW·h，可供普通家庭使用一个月。沿海的长乐、连江、福清、罗源已建和在建的多个火力发电厂，极大地满足了福州用电需求。平潭、福清、长乐的风力资源相当丰富，风力发电已成为海岛平潭重要的获取电能方式之一。福清核电站规划装机容量600万kW，它的建成必将大大缓解煤电使用的压力，与火力发电相比，核能发电只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能。 （1）公交车使用天然气做燃料的好处是。文中涉及的节能环保、变废为宝的方法是利用发电。 （2）风力发电是将能转化为电能。与火力发电相比，核能发电的优点是。 解析：这是一道综合考查能量和能源分析的题，所给材料信息涉及到了风力发电、垃圾发电、常规火力发电、核电等多种发电途径和环保型的天然气汽车，可以说信息量大，我们同学在做题时要结合题意要求，将需要的信息及时运用到下面的问题解答中去，第（1）题有关天然气作为公交车燃料的好处很多，同学们只要从抑制环境污染的角度去答都应该是对的，文中涉及的节能环保、变废为宝的方法是利用垃圾发电；第（2）题风力发电肯定是将风能转化为电能，与火力发电相比，核能发电的优点也有很多，同学们可以从减少环境污染的角度回答，也可以从燃料的运输成本上考虑，所以答案不唯一，只要是符合题意的答案都可以给分。 答案：（1）减少公交车尾气对大气的污染（符合题意即可）垃圾 （2）风不会造成大气污染，大大减少了燃料的运输成本等（符合题意的答案都可以）。 例2. 关于能源与环境，下列说法正确的是（） A. 光的应用不会造成环境污染，城市建筑可以随意使用玻璃幕墙 B. 彩电、空调、手机等家用电器在使用中，对人和环境不会产生任何不利的影响 C. 石油、煤、天然气的开采和使用不会造成环境污染和生态破坏 D. 太阳能是一种既无污染，又取之不尽的新能源 解析：这是一道能源分析题，也是近几年来的一个考查热点，要求同学们会用自己所学的科学知识分析能源结构中的一些利害关系，A中所讲的光的应用不会造成环境污染，城市建筑可以随意使用玻璃幕墙是错误的，因为随意使用玻璃幕墙会给城市带来光污染；B中所讲的彩电、空调、手机等家用电器在使用中，对人和环境不会产生任何不利的影响也是错误的，因为这些电器的使用一方面会造成电磁污染，另一方面像空调的致冷剂氟里昂会造成臭氧层的破坏等等；C中所讲的石油、煤、天然气的开采和使用不会造成环境污染和生态破坏明显是错误的，因为矿物燃料的燃烧会造成大气污染，同时在开采这些燃料时也会造成生态破坏，最主要的是植被破坏；D中所述是正确的。 答案：D 能量的转化与守恒 1．能量转化的普遍性 （1）雪山上疾驰的汽车被快速滑落下来的积雪推翻并吞没，积雪的势能转化为动能。 （2）人造卫星在太空中的电能靠太阳能转化而来。 （3）火山地带的热泉水向外喷出的能量多由地热能转化而来。 （4）青蛙从地上跃起，捕捉害虫的能量是由生物质能转化的。 大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。所谓“消耗能量”“应用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移过程。能量转化是一个普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。 2．能量的转化和转移 各种能量之间都可以相互转化，同种能量在不同的物体上可以发生转移。 （1）胶片感光成像——光能转化为化学能； （2）激光切割金属——光能转化为内能； （3）特技跳伞——机械能转化为内能； （4）水电站发电——机械能转化为电能； （5）植物生长需要阳光——太阳能转化为生物质能（生物化学能） （6）森林火灾——化学能转化为内能； （7）后面的球将前面的球装走——后面球的动能转移到前面的球上； （8）热传递——内能从一个物体转移到另一个物体上。 3．识别能量转化和转移的方法 （1）从能的形式变化上辨别能量的转化和转移：如果某物体有能量增减，并且在增减过程中能的形式发生了变化，这个过程就是能的转化过程。如果某物体的能量有增减，且在增减过程中能的形式没有发生变化，这个过程是能量转移的过程。 （2）识别物体的能量转化成了什么能量时，首先要确定物体原来具有什么能量，后来哪些能量有增减，再依据现象分析减少的能量到哪儿去了，增加的能量从哪儿来。 4．能量广泛地联系着各种自然现象 （1）摩擦生热：摩擦属于机械运动，生热与热现象有关，这是机械运动和热现象之间的练习。 （2）电灯发光：电灯与点现象有关，发光与光、热现象有关，这是电现象与光、热现象之间的联系。 （3）电池供电：电池供电是电池内部发生化学反应，这是化学现象与电现象之间的联系。电动机是利用电来使物体运动，这充分体现了电现象与机械运动之间的联系。 各种自然现象都存在着相互联系，这些联系都依存着能量的转化和转移。 5．功：能量转化多少的量度 沪科九下《20.1 能量的转化与守恒》教学设计1★★★★ 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、教学重难点： 重点： 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的名称，知道自然界有多种形式的能量。 难点： 理解能量守恒定律。 三、课时安排：一课时 四、教学准备：电灯泡、能量的转化实验装置、单摆 五、教学设计： 引言：金属的冶炼、机器的运转、汽车火车等交通工具的行驶，都需要能量。日常生活中的烧饭、取暖、照明等也需要能量。煤、石油、天然气在燃烧时可以提供能量，它们是能源；水流和凤可以提供能量，它们也是能源，在自然界和生活中，能量以多种形式展现着。 六、板书设计： 第一节能量的转化与守恒 1.能的存在形式：机械能、电磁能、内能、化学能和核能等。 化学能：是由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。 核能：是由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。 2.能量的转移和转化 3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会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，而能的总量保持不变。 七、教学反思： 八、教学参考 1、能量和能量守恒定律 世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并区不断相互转化．正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念．能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度． 这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些．在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今．但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论．于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）． 能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的．由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立．这是一段以百年计的漫长历史过程．随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实．尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终． 能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律．也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律．物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律．与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次． 2、能量守恒定律的发现 能量守恒定律的发现(discovery of conserva—tionlaw of energy) 是19世纪物理学发展中的一项极其重大的科学发现。 该定律是在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家从不同侧面各自独立发现的。其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹对发现能量守恒定律作出了主要贡献。 迈尔的工作德国医生迈尔最早是从人体新陈代谢的研究中得出这个重要发现的。 1840年，年仅26岁的迈尔在一艘驶往爪哇的船上作随船医生，他在给生病的船员放血时，发现病人的静脉血比在欧洲时的颜色要红些，由此引起他的沉思。他想到热带地区人的静脉血所以红些，是由于其中含氧量较高的缘故，而氧所以多出来，是机体中食物的燃烧过程减弱的结果。这使他联想到食物中化学能与热能的等效性，由此推测如果人体的能的输入同支出是平衡的，那么所有这些形式的能在量上就必定是守恒的。1842年，迈尔发表了题为《论无机界的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想，并提出了建立不同的力之间数值上的当量关系的必要性。 焦耳的工作英国物理学家焦耳极力想从实验上去证明能量的不灭。1840一1841年，经过多次通电导体产生热量的实验，他发现电能可以转化为热能。1843年，他钻研并 河北职业技术师范学院教案 编号理论 2003——2004学年度第一学期 系（部）数理系教研室物理教研室任课教师高忠明课程名称大学物理学 授课章节：第七章 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现 二 法拉第电磁感应定律： 1.约定：有一个闭合回路l ，任选一个方向作为回路绕行的正方向。回路所围曲面S 的法向n 取回路正方向的右手螺旋方向，通过回路所围的任何一个曲面上的磁通量Φ都相等，与曲面的选取无关，简称为回路中的磁通量。 2.定律表述：当回路l 中的磁通量Φ变化时，在回路上产生的感应电动势为 dt d Φ ε- = 法拉第电磁感应定律中的负号，代表着对感应电动势方向的判定，是楞次定律的数学表示。 对于线圈，全磁通i ΦΦ∑= 例1图 例1 如图12-7所示，一长直电流I 旁距离r 处有一与电流共面的圆线圈，线圈的半径为R 且R<< r 。就下列两种情况求线圈中的感应电动势。 (1) 若电流以速率 dt dI 增加； (2) 若线圈以速率v 向右平移。 解 穿过线圈的磁通量为 r IR R r I BS 22202 0μππμΦ= ?== (1) 按法拉第电磁感应定律，线圈中的感应电动势大小为 dt dI r R r IR dt d dt d ?=??? ? ??= =222020μμΦε 由楞次定律可知，感应电动势为逆时针方向。 (2) 按法拉第电磁感应定律 dt dr r IR r dt d IR r IR dt d dt d 2202020121121 2?=?=??? ? ??= =μμμΦε 由于v dt dr =，故 2 202r v IR με= 由楞次定律可知，感应电动势为顺时针方向。 闭合电路中的能量转化 教学目标 1．理解电路中的能量转化情况，即在电路中哪部分发生由什么能转化成什么能的问题．加深对能的转化和守恒定律的认识． 2．掌握分析、计算电路中功率及能量的转化的方法． 教学重点、难点分析 1．对电路中各部分做功情况（什么力做功）、能量转换情况（什么能之间的转化）的分析、理解． 2．认清电源输出功率与效率的联系与区别． 3．对非纯电阻电路中能量转化问题的理解、应用． 教学过程设计 教师活动 一、电路中的功与能 能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律．在电路中能量是怎么转化的？请参照图3-4-1所示电路回答并举例． 学生活动 答：电源是把其它能转化为电能的装置．内阻和用电器是电能转化为热能等其它形式能的装置．如化学电池将化学能转化成电能，而电路中发光灯泡是将电能转化成光、热能． 对于一个闭合电路，它的能量应该是守恒的，但又在不同形式间转化，通过什么方式完成呢？（请结合电动势和电压的定义回答） 答：做功．在电源部分，非静电力做正功W非=q ，将其它形式的能转化成电能．而 内阻上电流做功，将电能转化成内能W内=qU′（U′为内阻上的电势降），在外电路部分，电流做功W外=qU（U为路端电压），电能转化成其它形式的能． 这些功与能量间的定量关系如何？ 总结：可见，整个电路中的能量循环转化，电源产生多少电能，电路就消耗多少，收支平衡．答：W非=W内+W外 或q =qU′+qU 二、电功与电热 这部分知识初中学过，可以列出一些问题，让学生回答，教师补充说明即可． 如图3-4-2所示，用电器两端电压U，电流I． 回答：（1）时间t内，电流对用电器做功； （2）该用电器的电功率； （3）若用电器电阻为R，时间t内该用电器产生的热量； （4）该用电器的热功率； （5）电功与电热是否相等？它们的大小关系如何？为什么？ 答： （1）W=UIt （2）P=W/t=UI （3）Q=I2Rt（焦尔定律） （4）P热=Q/t=I2R （5）若电路为纯电阻电路，则 一、能量守恒、能量的转移和转化 1.电动机和汽油机是生活常见的机器，请你完成下列能量流动图； （1）某电动机消耗了1000J的电能，若电动机有180J的内能损耗，则有______ 2.在上题例子中， 的机械能输出；（2）若汽油机在工作过程中，有1800J的机械能输出，同时有6200J的内能损耗，则燃料燃烧释放的内能有_________ J 3.生活中很多时候我们会使用充电宝，当充电宝给电子产品充电时，相当于________（选填用电器或电源），而给充电宝充电时，相当于________（选填用电器或电源），请完成下列能量流动图 二、能量转移和转化的效率 4.白炽灯正常工作时是把电能先转化为_______能，这些能量一部分在转化光能。若白炽灯正常工作时功率为50W，工作了20s，其中获得了150J的光能，求：（1）白炽灯消耗了多少电能？（2）白炽灯的发光效率η为多少？ 5.如图所示，某同学利用一个电动机（M）来提升一个重为2N的物体，电动机匀速提升物体至30cm的高度，若电动机正常工作的电压为3V，电流为0.2A，提升物体用了2s，则求：（1）在上升过程中，物体的动能______（本题三个空均选填变大、变小和不变），重力势能_____，机械能______ （2）电动机消耗的电能是多少？（3）电动机对物体做了多少功？（4）电动机机械效率是多少？（5）电动机的功率是多少？ 6.如图所示，为内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为_____。已知汽油的热值为4.6X107J/kg，完全燃烧了0.5kg的汽油，按照该内燃机的效率机选，汽车获得的机械能是___________ J。 （1）其他大量散失的能量________（选填“能”或“不能”）自动汇集起来转化为燃料的化学能，这说明能量的转化和转移是有______的。 （2）请你写出一条可能增加内燃机工作效率的方法___________________________________。（3）若汽车在水平面上匀速运动了10km，用时0.4h，则发动机提供的牵引力为多少？ 7.小明购买的充电宝的说明书上印有“输出电压为5V，容量为20000mA·h”。充电宝的电消耗完了以后，小明想测量一下充电宝的充电效率，于是，小明把家里面其他用电器都断开了， 然后将充电宝连入电路开始充电，一开始电能表的示数为，10个小时后， 完成充电，电能表的示数变为。求：①该充电宝存储的电量为多少焦耳？ ②充电过程中，消耗了多少电能？③充电宝的充电效率为多少？ 第3讲热力学定律与能量守恒定律 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递. 2.热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和. (2)表达式：ΔU＝Q＋W. (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则： 自测1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少 1.3×105 J，则此过程() A.气体从外界吸收热量2.0×105 J B.气体向外界放出热量2.0×105 J C.气体从外界吸收热量6.0×104 J D.气体向外界放出热量6.0×104 J 答案 B 二、热力学第二定律 1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体. (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.或表述为“第二类永动机是不可能制成的.” 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小. 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行. 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律. 自测2教材P61第2题改编(多选)下列现象中能够发生的是() A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 答案CD 三、能量守恒定律 1.内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变. 2.条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的. 3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律. 自测3木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能E k分别是(空气阻力不计)() A.U＝200 J，E k＝600 J B.U＝600 J，E k＝200 J C.U＝600 J，E k＝800 J D.U＝800 J，E k＝200 J 答案 B 解析U＝F f x＝60×10 J＝600 J E k＝F·x－U＝80×10 J－600 J＝200 J 命题点一热力学第一定律的理解和应用 1.热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析. (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正. (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0. (4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化. 能量和能量守恒定律 能量和能量守恒定律 世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度。 这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）。 能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。 能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。 6 焦耳定律 电路中的能量转化 一、电功 电功率 1．电功 (1)定义：电场力移动电荷所做的功，简称电功． (2)公式：W ＝UIt ，此式表明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U 与电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积． (3)单位：焦耳，符号是J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h ＝3.6×106 J. (4)电流做多少功，就表示有多少电能转化为其他形式的能． 2．电功率 (1)电流所做的功与做这些功所用时间的比值叫做电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功． (2)公式：P ＝W t ＝UI . (3)单位：瓦特，符号是W,1 W ＝1 J/s. 二、焦耳定律 热功率 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q ＝I 2Rt . 2．热功率 (1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值．它在数值上等于单位时间内电阻通电所产生的热量． (2)表达式：P 热＝I 2R . (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 三、电路中的能量转化 1．电源是把其他形式的能转化为电能的装置．电源提供的能量一部分消耗在外电路上，电能转化为其他形式的能；一部分消耗在内电路上，电能转化为内能． 2．能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt ＝UIt ＋I 2rt . 功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI ＝UI ＋I 2r . 对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt ，EI ＝I 2R ＋I 2r . 当外电路短路时：I 0E ＝I 02r ，即发生短路时，电源释放的能量全部在内电路上转化成内能，这种状态很危险． 第7课时 课题:第二十章《能量和能源》第一节《能量的转化与守恒》 教学目标: 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。 教学重点: 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的名称，知道自然界有多种形式的能量 教学难点: 理解能量守恒定律 教学过程: 引言：金属的冶炼、机器的运转、汽车火车等交通工具的行驶，都需要能量。日常生活中的烧饭、取暖、照明等也需要能量。煤、石油、天然气在燃烧时可以提供能量，它们是能源；水流和凤可以提供能量，它们也是能源，在自然界和生活中，能量以多种形式展现着。 一、多种形式的能量 1.提出问题：当今世界的三大产业是能源、材料和信息，自然界中的能量以各种形式存在着，你能说出能量的几种存在形式吗？ 学生回答：机械能、电能、磁能、内能等等。 2.提出问题：自然界中能量的形式有多种多样，化学能和核能是其中的两种，请同学们阅读课本P165页，理解什么是化学能和核能？ 看书、交流、回答 3.请同学们完成课本P165页“交流和讨论”部分的内容。 完成课本P165页部分的内容后，进行交流 二、能量的转移和转化 1.提出问题：自然界中的能量不但可从一个物体转移到，还可以从一种形式转化为另一种形式，？看书、交流、回答 2. 课本图20－9说明了什么？ 3.请同学们阅读课本P166第4、5、6、7、8自然段后回答，地球上的能量归根到底来源于什么？看书、交流、回答 4.安排学生完成课本图20－12实验后，学生完成两部分的填空。 完成实验、填空 三、能量守恒定律 安排学生看书P168页内容，完成对能量守恒定律的归纳和总结 看书、交流、回答、归纳 四、课堂练习 第 8 章 变化的电磁场 能量守恒定律与能源知识点 一、能量的转化与守恒 1.化学能：由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。 2.核能：由于核反应，物质的原子结构发生变化而产生的能量。 3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会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，而能的总量保持不变。 ●内容：能量既不会消灭，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 即E机械能1+E其它1=E机械能2+E其它2 ●能量耗散：无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散，它反映了自然界中能量转化具有方向性。 二、能源与社会 1.可再生能源：可以长期提供或可以再生的能源。 2.不可再生能源：一旦消耗就很难再生的能源。 3.能源与环境：合理利用能源，减少环境污染，要节约能源、开发新能源。 三、开发新能源 1.太阳能 2.核能 3.核能发电 4、其它新能源：地热能、潮汐能、风能。 能源的分类和能量的转化 能源品种繁多，按其来源可以分为三大类：一是来自地球以外的太阳能，除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天然气、水能、风能等都间接来自太阳能;第二类来自地球本身，如地热能，原子核能(核燃料铀、钍等存在于地球自然界);第三类则是由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。 【一次能源】指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源，如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品，如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。 【常规能源】也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。表2-1所统计的几种能源中如煤炭、石油、天然气、核能等都属一次性非再生的常规能源。而水电则属于再生能源，如葛洲坝水电站和未来的三峡水电站，只要长江水不干涸，发电也就不会停止。煤和石油天然气则不然，它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率，石油可用几十年，煤炭可用几百年)，这些能源短期内不可能再生，因而人们对此有危机感是很自然的。 闭合电路中的功率及效率问题 1．电源的总功率 (1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r . 2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率 (1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内． (2)纯电阻电路：P出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R＋4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ①当R＝r时，电源的输出功率最大为P m＝E2 4r. ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R 第一章能量守恒原理与能量贬值原理能量守恒定律是1830～1850年间由十几位科学家各自独立地提出的。在19世纪初，随着当时工业革命的日益发展，涌现出一批有远见，勇于创新精神的科学家，其中做出杰出贡献的有迈尔、焦耳、亥姆霍兹。这三者对能量守恒定律的发现做出了重要贡献。 能量在量方面的变化，遵循自然界最普遍、最基本的规律，即能量守恒定律。能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变”。能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量。例如，煤燃烧后放出热量，可以用来取暖；可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或热能等。又如太阳能，可以通过聚热气加热水，也可以产生蒸汽用以发电；还可以通过太阳能电池直接将太阳能转换为电能。当然，这些转换都遵循能量守恒定律。 另外，运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，因此能量也可分为有序能和无序能。一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能；而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能。根据热力学第二定律，有序能可以完全地、无条件地转换为无序能，但无序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的。因此能量的转换特性，导致了能量不仅有"量"的多少，还有"质"的高低。 自发进行的能量转换过程是有方向性的，当能量转换或传递过程中有无序能参与时就会产生转换的方向性和不可逆问题。因此可以说有序能比无序能更有价值。具有更高的品质。有一种普遍的自然现象：摩擦生热。由于摩擦机械能转换为热能，即有序能转换为无序能。能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使用价值的降低称为能量贬值。摩擦使高品质能量贬值为低品质能量。能量贬值是自然界的普遍现象。 一、能量守恒原理 19世纪中叶发现的能量守恒定律是自然科学中十分重要的定律。它的发现能量的守恒与转化
2019版必修3第十二章电路中的能量转化
第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析(A)
第三章 第1节 能量的相互转化
九年级科学第三章：能量的转化与守恒知识点整理
《能的转化与能量守恒》教案
变化的电场和磁场教案
闭合电路中的能量转化
物理人教版八年级下册能量守恒和能量的转移和转化中考复习
热力学定律与能量守恒定律
能量和能量守恒定律
第二章 6 焦耳定律 电路中的能量转化
7第一节《能量的转化与守恒》
变化的磁场习题
一、选择题
1. 若用条形磁铁竖直插入木质圆环, 则在环中是否产生感应电流和感应电动势的判 断是
[ ] (A) 产生感应电动势, 也产生感应电流
(B) 产生感应电动势, 不产生感应电流
N
S
(C) 不产生感应电动势, 也不产生感应电流
(D) 不产生感应电动势, 产生感应电流
2．关于电磁感应, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 变化着的电场所产生的磁场一定随时间而变化
(B) 变化着的磁场所产生的电场一定随时间而变化 (C) 有电流就有磁场, 没有电流就一定没有磁场 (D) 变化着的电场所产生的磁场不一定随时间而变化
T 8-1-1 图
3. 在有磁场变化着的空间内, 如果没有导体存在, 则该空间 [ ] (A) 既无感应电场又无感应电流
(B) 既无感应电场又无感应电动势 (C) 有感应电场和感应电动势 (D) 有感应电场无感应电动势
4. 在有磁场变化着的空间里没有实体物质, 则此空间中没有
[ ] (A) 电场
(B) 电力
(C) 感生电动势
(D) 感生电流
5. 两根相同的磁铁分别用相同的速度同时插进两个尺寸完全相同的木环和铜环内, 在同一时刻, 通过两环包围面积的磁通量 [ ] (A) 相同
(B) 不相同, 铜环的磁通量大于木环的磁通量 (C) 不相同, 木环的磁通量大于铜环的磁通量 (D) 因为木环内无磁通量, 不好进行比较
r 6. 半径为 a 的圆线圈置于磁感应强度为r B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直， 线圈电阻为 R．当把线圈转动使其法向与 B 的夹角α = 60o 时，线圈中通过的电量与线圈
面积及转动的时间的关系是
[ ] (A) 与线圈面积成反比，与时间无关 (B) 与线圈面积成反比，与时间成正比 (C) 与线圈面积成正比，与时间无关 (D) 与线圈面积成正比，与时间成正比
7. 一个半径为 r 的圆线圈置于均匀磁场中, 线圈平面与磁场方向垂直, 线圈电阻为 R．当线圈转过 30°时, 以下各量中, 与线圈转动快慢无关的量是
1能量守恒定律与能源知识点
闭合电路中的功率及效率问题
能量守恒原理与能量贬值原理