2019-2020年高中物理《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量》教案6 新人教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量》教案6 新人教版選修3-4 　　[例1] 試分析子彈從槍膛中飛出過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化． 　　[分析] 發(fā)射子彈的過(guò)程是：火藥爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體，氣體推動(dòng)子彈從槍口飛出． 　　[答]火藥的化學(xué)能→通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能→子彈的動(dòng)能． 　　 　　[例2] 核電站利用原子能發(fā)電，試說(shuō)明從燃料鈾在核反應(yīng)堆中到發(fā)電機(jī)發(fā)出電的過(guò)程中的能的轉(zhuǎn)化． 　　[分析] 所謂原子能發(fā)電，是利用原子反應(yīng)堆產(chǎn)生大量的熱，通過(guò)熱交換器加熱水，形成高溫高壓的蒸汽，然后推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電． 　　[答] 能的轉(zhuǎn)化過(guò)程是：核能→水的內(nèi)能→汽輪機(jī)的機(jī)械能→發(fā)電機(jī)的電能． 　　[說(shuō)明] 　　在能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，任何熱機(jī)都不可避免要被廢氣帶走一些熱量，所以結(jié)合量守恒定律可得到結(jié)論： 　　不消耗能量，對(duì)外做功的機(jī)器（稱為第一類永動(dòng)機(jī)）是不可能的； 　　把工作物質(zhì)（蒸汽或燃?xì)猓┑哪芰咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能（稱第二類永動(dòng)機(jī)）也是不可能的． 　　 　　【例3】 將一個(gè)金屬球加熱到某一溫度，問(wèn)在下列兩種情況下，哪一種需要的熱量多些？（1）將金屬球用一根金屬絲掛著（2）將金屬球放在水平支承面上（假設(shè)金屬絲和支承物都不吸收熱量） 　　A．情況（1）中球吸收的熱量多些 　　B．情況（2）中球吸收的熱量多些 　　C．兩情況中球吸收的熱量一樣多 　　D．無(wú)法確定 　　[誤解]選（C）。 　　[正確解答]選（B）。 　　[錯(cuò)因分析與解題指導(dǎo)]小球由于受熱體積要膨脹。由于小球體積的膨脹，球的重心位置也會(huì)變化。如圖所示，在情況（1）中，球受熱后重心降低，重力對(duì)球做功，小球重力勢(shì)能減小。而在情況（2）中，球受熱后重心升高。球克服重力做功，重力勢(shì)能增大。可見(jiàn)，情況（ 1）中 球所需的熱量較少。 　　造成[誤解]的根本原因，是忽略了球的內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)變過(guò)程。這是因?yàn)閮?nèi)能的變化是明確告訴的，而重力勢(shì)能的變化則是隱蔽的。在解題時(shí)必須注意某些隱蔽條件及其變化。 　　[例4] 用質(zhì)量M=0．5kg的鐵錘，去打擊質(zhì)量m=2kg的鐵塊。鐵錘以v=12m/s的速度與鐵塊接觸，打擊以后鐵錘的速度立即變?yōu)榱?。設(shè)每次打擊產(chǎn)生的熱量中有η=50%被鐵塊吸收，共打擊n=50次，則鐵塊溫度升高多少？已知鐵的比熱C=460J/kg℃。 　　[分析] 鐵錘打擊過(guò)程中能的轉(zhuǎn)換及分配關(guān)系為 　　據(jù)此，即可列式算出△t． 　　[解答] 鐵錘打擊n=50次共產(chǎn)生熱量： 　　設(shè)鐵塊的溫度升高△t，由 　　 　　[例5] 用功率P=600W的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鉆頭在鐵板上鉆孔，在t=3min內(nèi)產(chǎn)生熱量的最大值為多少？若其中η=75％被鐵塊吸收，鐵塊的質(zhì)量為m=0．7kg，則鐵塊的溫度升高多少？已知鐵的比熱為C=460j/kg℃。 　　[分析] 在這個(gè)鉆孔過(guò)程中，能的轉(zhuǎn)換及分配如下： 　　當(dāng)供給電動(dòng)機(jī)的電能完全轉(zhuǎn)化為鉆頭的機(jī)械能，鉆頭的機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，就可算出所產(chǎn)生的最大熱量．由上述能的分配，根據(jù)吸熱公式可算出鐵塊所升高的溫度。 　　[解] 在t=3min內(nèi)產(chǎn)生的熱量的最大值為： 　　Q=Pt=600360J=1．08105J 　　設(shè)鐵塊升高的溫度為△t，由吸熱公式： 　　ηQ=cm△t 　　 　　　　　　　　=251.6℃ 　　[例6] 光滑水平桌面上一塊質(zhì)量M=400g的木塊，被一顆質(zhì)量m=20g，以水平速度v=500m／s飛行的子彈擊中，子彈穿出木塊時(shí)的速度v1=300m／s．若子彈擊中木塊的過(guò)程中，系統(tǒng)損失的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，其中η=41．8％部分被子彈吸收使其溫度升高．已知子彈的比熱c=125J／kg℃，試求子彈穿越木塊過(guò)程中升高的溫度． 　　[分析] 子彈穿越木塊過(guò)程中，水平方向不受外力，由動(dòng)量守恒可算出木塊獲得的速度．根據(jù)子彈-木塊系統(tǒng)損失的機(jī)械能可算出產(chǎn)生的內(nèi)能．由此即可算出子彈所升高的溫度． 　　[解] 子彈穿出木塊后，木塊的速度設(shè)為V，由 　　mv=mv1+MV， 　　得 　　 　　子彈木塊系統(tǒng)損失的機(jī)械能 　　 　　根據(jù)量守恒，子彈穿越木塊過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能（即增加的內(nèi)能）為 　　Q=△U=1580J． 　　設(shè)子彈升高溫度為△t，則由 ηQ=cm△t， 　　[說(shuō)明] 有的學(xué)生認(rèn)為子彈損失的動(dòng)能就等于穿越木塊過(guò)程中產(chǎn)生的熱能，這是不對(duì)的，不能忽略木塊所獲得的動(dòng)能．子彈擊中木塊過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)能的轉(zhuǎn)化及分配情況如下：