20160406教法建议〔功及能部分〕范鸿飞.pptVIP

教学示例 （2008北京卷23题）风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示。 （1）利用总电阻R=10Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率P0=300kW，输电电压U=10kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值； 与能量有关的模型构建 （1）导线上损失功率 P＝I2R＝P02R/U2＝9×103W 损失功率与输送功率之比 P/P0＝0.03； 教学示例 （2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间内接受的风能，简述可采取的措施。 与能量有关的模型构建 （2）风速垂直叶片平面时功率最大，单位时间内垂直流向叶片的质量为： m=?vS=??vr2， 最大功率为：Pm=mv2/2=??v3r2/2 增加叶片长度、安装调向装置，保证风轮机与风速垂直等； h=vt m=ρV S=πr2 教学示例 （3）已知风力发电机的输出功率P与Pm成正比。某风力发电机在风速v1=9ｍ/s时能够输出的电功率P1=540kＷ。我国某地区风速不低于v2=6ｍ/s的时间每年约为5000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。 与能量有关的模型构建 （3）P2=v23P1/v13=160kW，最小年发电量为W＝P2t＝8×105 kWh。 教学示例 一灯泡功率P=15W，均匀地向周围辐射光波。光波的平均波长为0.5μm，求距灯泡10m处，垂直于光的传播方向每平方厘米的面积上，每秒钟平均通过的光子数？ 与能量有关的模型构建 1s内灯泡向外辐射的能量为 式中n为1s内通过距灯10m处，1m2面积上的平均光子数 每平方厘米的光子数为 2.《重力势能》的教学建议 重力做功 任意路径下的重力做功 A B C h A C h 物体沿任意路径移动的过程，重力做功应如何计算？ 将这一任意路径微分成若干小段，每段可近似视为直线路径。运用问题3中的计算方法可知，每小段过程重力做的功为： 全过程重力做的功为： 重力势能 重力势能（标量） 由于物体与地球之间有引力作用，当物体被举高时能够对外做功，具有了能。这种与地球和物体相对位置有关的能量叫做重力势能。 思考 （1）放在地面上的物体能对外做功吗？ （2）如何能让物体具有对外做功的能力？ （3）物体能对外做功说明什么？ （4）这种能量应与哪些因素有关？ 重力势能的表达 思考 （1）功的物理意义是什么？ （2）重力做功与重力势能的变化是何关系？ 当物体m的位置从高度h1移动到h2时，重力做功为： h1 h2 从上式中可以看出，mgh与物体的重力和相对位置有关，反映了物体所处的某种状态，这就是重力势能的表达式，即： Ep=mgh 单位：焦耳（J）。 重力做功与重力势能变化的关系 初态 重力势能 末态 重力势能 重力对物体做的功 初末位置高度差 初位置 高度 末位置 高度 重力做功与重力势能变化的关系 物体高度下降，重力做正功，重力势能减小； 物体高度上升，重力做负功，重力势能增加。 这一关系的数学表达为： 对重力势能的几点说明 标量性 重力势能是标量，也是状态量。 系统性 重力势能是物体与引力中心共有的能量，没有了地球，也就没有了相互作用的引力和做功过程，势能也就无从谈起。在日常表述时，为方便通常简述为“物体的重力势能”。 相对性 重力势能是与高度有关的能量。高度具有相对性，确定物体的重力势能时，须首先确定零高度参考面。通常情况选择地面或物体运动的最低点为零高度参考面。 对重力势能的几点说明 选择参考平面 地面 B点 小球在A点重力势能 小球在B点重力势能 小球从A到B重力做功 小球从A到B势能变化 h1=5m m=1kg h2=3m A B 50J 20J 30J 0J 20J 20J -20J