能量的转化形式:
有什么运动形式就有什么性质的能量,机械能是与物体的机械运动相关的能量。不仅动能和势能之间可以互相转化,在一定的条件下机械能还可以与内能、电能、光能、化学能、核能等等进行转化。
如何判断机械能的形式:
机械能有动能、势能两种形式,势能又分重力势能和弹性势能。判断一个物体具有哪种形式的机械能,应根据动能、重力势能、弹性势能的定义进行分析。
例1:现有四种不同情景中的物体:①在水平冰面上滑行的冰块;②悬挂在教室屋顶上的日光灯;③钟表内被卷紧的发条;④发射升空的火箭。其中,______具有动能;____具有重力势能;______具有弹性势能(选填物体序号)。
解析:动能是由于物体的运动而具有的能,故在水平冰面上滑行的冰块具有动能;重力势能是由于物体被举高而具有的能,故悬挂的日光灯具有重力势能;弹性势能是由于物体发生弹性形变而具有的能,故被卷紧的发条具有弹性势能;发射升空的火箭既在运动,又被举高,故它既具有动能,又具有重力势能。
答案:①④②④③
说明:重力势能具有相对性,通常是以水平地面为参考平面,认为位于水平地面的物体不具有重力势能(或重力势能为零),而位于高处或空中的物体都具有重力势能。
如何判断机械能的变化:
判定机械能的变化时,要同时判定动能与势能的变化,看两者的总和怎样变。
例1下列事例中,物体机械能增加的是( )
A.随直升机匀速上升的救灾物资
B.落地又弹起的皮球
C.缓缓降落的“神舟“飞船返回舱
D.上升的滚摆
解析:A中物资的动能不变,重力势能增加,所以机械能会增加;B中的皮球最终会静止在地面上,所以机械能会减小;C中返回舱的动能减小,重力势能减小,所以机械能会减小;D中的滚摆在转动过程中会与空气摩擦,有一部分机械能会转化成内能,所以机械能会减小。
答案:A
定义:
能量既小会凭空消灭,也不会凭空产生,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。这就是能量守恒定律。
简介:(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。
(2)不同形式的能量之间可以相互转化:“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。
(3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,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。
易错点: 能量不会凭空产生,也不会凭空消火,即一个物体所具有的总能量发生了变化,必有另一个物体所具有的总能量同时发生了变化。自然界中所具有的能量的总量保持不变,这就是能量守恒定律。能量守恒定律是自然界中最基本的定律之一,不管是在哪里,也不管是什么物体,微观世界也好,宏观世界也好,能量守恒定律总是适用的。
单摆的能量守恒
单摆:小球摆动时,势能与动能不断地相互转化着。当小球到达最高处时势能最大;随着球的下降,势能逐步减小,动能逐步增大,势能转化为动能;当球下降到最低点时,势能最小,动能则最大(如图)。小球在运动过程中能量应该守恒。似乎小球应该永远运动下去,可事实上,小球的机械能不断减小,最终会停下来。这是为什么呢?原来,小球在运动过程中还要产生热。如果将内能一并计算进去,总的能量则是守恒的。
核能和获得核能的途径:
核外电子:带负电
1.原子结构
2.核能:质子、中子依靠强大的核力紧密地结合存一起,一旦使原子分裂或聚合,就可能释放出惊人的能量,这就是核能。
3.目前获得核能有两条途径:核裂变、核聚变。
核裂变:1.核裂变:把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应称为核裂变。
2.核裂变的原理——链式反应:原子核持续裂变,并释放出大量的核能。如图:
3.应用:原子弹、核电站的能量都来源于核裂变,下图为我国第一颗原子弹爆炸图。
核聚变(热核反应)1.核聚变是产生核能的另一种方式。核聚变是较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种反应。
2.如图所永的是氘核和氚核结合成为氦核的聚变过程。这种核反应也伴随着释放巨大的能量。
3.利用核聚变反应也能制造核武器。氢弹就是利用核聚变原理制造的一种威力比原子弹还要大的核武器(如图)。
4.核聚变需要超高温度,因此核聚变也被称作热核反应。在太阳中,发生的就是热核反应。
核电站及核反应堆:1.构成核反应堆是产生核反应的装置,是核电站的核心。核反应堆一般由铀棒(核材料)、减速剂、控制棒、冷却剂、热交换器和屏蔽物(水泥)等组成(如图)。
2.原理它的基本工作原理是这样的:核材料在反应堆内部发生核反应产生热量;用石墨或其他材料制成的减速剂使核反应产生的中子减速以提高核裂变的效率;控制棒的下部为阻挡中子的材料,用来控制链式反应的速度,如果希望加快反应速度就把控制棒拉出来一点,希望降低反应速度则推进控制棒;冷却剂在反应堆中循环以将热量带入热交换器;水在热交换器中被加热成为蒸汽以输出用于推动汽轮机,再带动发电机发电。
3.能量转化过程核能→水和水蒸气的内能→蒸汽轮机的机械能→电能。
4.提示原子弹和核反应堆巾发生的都是核裂变,它们的区别是:原子弹爆炸时发生的链式反应是不加控制的;而通过核反应堆,可将链式反应的速度加以控制,使其平稳地释放出大量核能。
能源的消耗对环境的影响:
利用化石能源会造成窄气污染,加剧温室效应,加剧水土流火,使土地沙漠化,形成酸雨,对植物、建筑、金属构件造成危害,核滑漏会对人类和其他生物造成伤害。