學習目標STSE情境導學1.了解能源開發(fā)和利用的現狀與前景.2.理解能量守恒定律，知道能量轉化具有方向性.（重點）3.能利用能量守恒定律，處理生活中的實際問題.（難點）4.了解能源開發(fā)與環(huán)境的關系，樹立節(jié)能環(huán)保意識知識點一能源的利用方式1.水能.（1）水能是一種能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源.（2）水力發(fā)電過程其實是一個能量轉換的過程.（3）水能資源最顯著的特點是可再生、無污染.2.風能.（1）風能是因為空氣流動而提供給人類的一種可利用的能量.（2）風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉，把風的動能轉變?yōu)轱L車葉片的機械能，發(fā)電機在風車葉片轉軸帶動下旋轉發(fā)電，最終經變換器換成合適的電壓送入電網.3.太陽能.（1）對太陽能的利用主要有太陽能的光熱轉換、光電轉換和光化學轉換三種.（2）太陽能是一種取之不盡，用之不竭且對環(huán)境無污染的能量.4.核能.（1）核能是一種儲存在原子核內部的能量.（2）核能發(fā)電是利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式.知識點二能量的轉化和守恒1.能量守恒定律.（1）內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體；在轉化和轉移過程中其總量不變.這就是能量守恒定律.（2）適用范圍：小到基本粒子，大到天體所發(fā)生的自然現象，都遵守能量守恒定律.2.能量轉化（轉移）的方向性：在自然界的一切自發(fā)過程中，能量的轉化（轉移）都是方向性的.知識點三能源與環(huán)境1.能量的分類.能源種類繁多，根據不同的劃分方式，能源也可分為不同的類型.按能源的基本形態(tài)分類，有一次能源（包括可再生能源和不可再生能源）和二次能源；根據能源消耗后是否造成環(huán)境污染，可分為污染型能源和清潔型能源；根據能源使用的類型，又可分為常規(guī)能源和新型能源或商品能源和非商品能源.2.能源與環(huán)境.能源開發(fā)利用所造成的環(huán)境污染，主要包括：（1）對大氣環(huán)境的影響.（2）對生態(tài)環(huán)境的影響.（3）對居住環(huán)境的影響.3.環(huán)境保護.在生產生活中我們可以從以下方面保護環(huán)境.（1）防治生產和生活污染.（2）防止建設和開發(fā)的破壞.（3）保護自然環(huán)境.1.“可燃冰”被視為21世紀的新型綠色能源，其主要成分是甲烷.桂林市新開通的301路公交車，使用的燃料主要成分就是甲烷.301路公交車使用甲烷燃燒提供所需的能量，關于其能量的轉化，下列說法中正確的是（）A.把電能轉化為機械能B.把風能轉化為機械能C.把光能轉化為機械能D.把化學能轉化為機械能解析：分析題意可知，公交車使用甲烷燃燒提供所需的能量，把化學能轉化為機械能，選項D正確，選項A、B、C錯誤.答案：D2.下列關于能源的說法中，正確的是（）A.由于能量不會憑空消失，也不會憑空產生，總是守恒的，所以節(jié)約能源意義不大B.煤、石油、天然氣等燃料的最初來源可追溯到太陽能C.節(jié)約能源只要有節(jié)能意識就行，與科技進步無關D.水能是不可再生能源解析：能量都轉化為不能利用或不易利用的能源，這樣會減少可利用能源的數量，因此應該節(jié)約能源，故A錯誤；煤、石油、天然氣等是化石燃料，是由古代動植物的遺骸轉化來的，而動植物體內的能量最初都可以追溯到太陽能，故B正確；加強科技發(fā)展，提高能源的利用率，會更多地節(jié)約能源，故C錯誤；依靠地球的水循環(huán)，可以短時間內在自然界獲取，所以水能屬于可再生能源，故D錯誤.答案：B學習小結1.通過查閱讀資料去區(qū)分能量與能源.2.結合生活實例區(qū)分能量的轉化與能量的轉移探究一能量守恒定律的應用1.適用范圍.能量守恒定律是貫穿物理學的基本規(guī)律，是各種自然現象中普遍適用的一條規(guī)律.2.表達式.（1）E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和.（2）ΔE增＝ΔE減，增加的那些能量的增加量等于減少的那些能量的減少量.3.應用步驟.（1）明確研究對象及研究過程.（2）明確該過程中，哪些形式的能量在變化.（3）確定參與轉化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少.（4）列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式（或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式）.【典例1】如圖所示，一物體質量m＝2kg，在傾角θ＝37°的斜面上的A點以初速度v0＝3m/s下滑，A點距離彈簧上端B的距離AB＝4m.當物體到達B后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC＝0.2m.然后物體又被彈簧彈上去，彈到最高位置為D點，AD＝3m.擋板及彈簧質量不計，g取10m/s2，sin37°＝0.6.求：（1）物體與斜面間的動摩擦因數μ；（2）彈簧的最大彈性勢能Epm.解析：（1）最后的D點與開始的位置A點比較：動能減少ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝9J.重力勢能減少ΔEp＝mglADsin37°＝36J.機械能減少量ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝45J.機械能的減少量全部用來克服摩擦力做功，即Wf＝Ffl＝45J，而路程l＝5.4m，則Ff＝eq\f(Wf,l)≈8.33N.而Ff＝μmgcos37°，所以μ＝eq\f(Ff,mgcos37°)≈0.52.（2）由A到C的過程：動能減少ΔE′k＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝9J.重力勢能減少ΔE′p＝mglACsin37°＝50.4J.機械能的減少用于克服摩擦力做功W′f＝FflAC＝μmgcos37°·lAC＝35J.由能量守恒定律，得Epm＝ΔE′k＋ΔE′p－W′f＝24.4J.答案：（1）0.52（2）24.4J利用能量轉化與轉移解題的兩點注意（1）能量既可通過做功的方式實現不同形式的能量之間的轉化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉移.（2）能量在轉化與轉移過程中，能量的總量保持不變.利用能量守恒定律解題的關鍵是正確分析有多少種能量變化，分析時避免出現遺漏.1.下列有關能量轉化和守恒的說法正確的是（）A.用電器通電工作時，將其他形式的能轉化為電能B.氫氧化鈉與鹽酸反應是放熱反應，該反應將內能轉化為化學能C.植物光合作用合成有機物，說明能量可以創(chuàng)生D.“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律解析：用電器通電工作時，消耗了電能，得到了其他形式的能，因此將電能轉化為其他形式的能，A錯誤；氫氧化鈉與鹽酸反應是放熱反應，通過化學反應得到了熱量，因此將化學能轉化為了內能，B錯誤；能量是不能憑空產生的，此說法違背了能量守恒定律，C錯誤；馬兒跑的時候需要消耗能量，而草能夠為馬兒提供能量，因此“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律，D正確，故選D.答案：D2.（多選）如圖所示，質量為M的木塊放在光滑的水平面上，質量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊，并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運動.已知當子彈相對木塊靜止時，木塊前進距離為l，子彈進入木塊的深度為d，若木塊對子彈的阻力Ff視為恒定，則下列關于系統(tǒng)產生的內能的表達式正確的是（）A.Ff（l＋d）B.FfdC.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)（M＋m）v2解析：運動過程如圖所示示意圖.由圖可知，當木塊前進距離l，子彈對木塊的作用力大小也為Ff，子彈對木塊的作用力對木塊做正功，由動能定理得Ff·l＝eq\f(1,2)Mv2，①木塊對子彈的作用力對子彈做負功，由動能定理得－Ff·（l＋d）＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，②由①②得Ff·d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)（M＋m）v2，③根據能量守恒定律可知，系統(tǒng)產生的內能為Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)（M＋m）v2＝Ff·d.④選項B、D正確.答案：BD探究二能源的利用與可持續(xù)發(fā)展1.能源開發(fā)和利用的關系圖.2.能源的分類.能源分類方法能源分類名稱特點舉例按形成或轉換特點分一次能源自然形成，未經加工太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能二次能源由一次能源經加工轉換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、水能、核能、地熱能、海洋能、沼氣能、風能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補充水能、風能、生物質能、地熱能不可再生能源短期內無法轉換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環(huán)境污染情況分清潔能源對環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風能、水能污染能源會嚴重污染環(huán)境化石燃料（煤、石油、天然氣）【典例2】（多選）下列對能量耗散的理解正確的是（）A.能量耗散說明能量不斷減少B.能量耗散遵守能量守恒定律C.能量耗散說明能量不能憑空產生，但可以憑空消失D.能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性解析：在發(fā)生能量轉換的宏觀過程中，其他形式的能量最終會轉化為流散到周圍環(huán)境的內能，無法再回收利用，這種現象叫能量耗散.能量耗散并不違背能量守恒定律，能量既沒有減少，也沒有消失，它從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確.答案：BD3.關于能源的開發(fā)和應用，下列說法中正確的是（）A.能源應用的過程就是內能轉化為機械能的過程B.化石能源的能量歸根結底來自于太陽能，因此化石能源永遠不會枯竭C.在廣大的農村推廣沼氣前景廣闊、意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)約能源D.隨著科學技術的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭解析：能源應用過程并不單純是將內能轉化為機械能的過程，各種轉化形式均可為人類服務，A錯誤；化石能源的能量雖然來自太陽能，但要經過數億年的地質演變才能形成，且儲量有限，為不可再生能源，B錯誤；在廣大農村推廣沼氣對改善農村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當代，利在千秋，C正確；無論技術先進與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯誤.故選C.答案：C4.下列能源屬于“可再生能源”的是（）A.水流能B.核能C.石油D.煤炭解析：核能、石油、天然氣都屬于不可再生能源，只有水流能是可再生能源，即選項A符合題意.答案：A探究三對功能關系的理解1.功與能量的轉化.不同形式的能量之間的轉化是通過做功實現的.做功的過程就是各種形式的能量之間轉化（或轉移）的過程，且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉化（或轉移）.因此，功是能量轉化的量度.2.功與能的關系.由于功是能量轉化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉化相聯系，具體功能關系如下：功能的變化表達式重力做功正功重力勢能減少WG＝Ep1－Ep2負功重力勢能增加彈力做功正功彈性勢能減少W彈＝Ep1－Ep2負功彈性勢能增加合力做功正功動能增加W合＝Ek1－Ek2負功動能減少其他力做功正功機械能增加W他＝E2－E1負功機械能減少注：其他力指的是重力和系統(tǒng)內彈力之外的力.【典例3】（多選）豎直向上的恒力F作用在質量為m的物體A上，使A從靜止開始運動，升高h，速度達到v，在這個過程中，設阻力恒為F阻.則下列表述正確的是（）A.恒力F對物體做的功等于物體機械能的增量，即Fh＝eq\f(1,2)mv2＋mghB.恒力F與阻力F阻對物體做的功等于物體機械能的增量，即（F－F阻）h＝eq\f(1,2)mv2＋mghC.物體所受合力的功，等于物體機械能的增量，即（F－F阻－mg）h＝eq\f(1,2)mv2＋mghD.物體所受合力的功，等于物體動能的增量，即（F－F阻－mg）h＝eq\f(1,2)mv2解析：根據動能定理可知，合外力做的功等于物體動能的變化量，即（F－F阻－mg）h＝eq\f(1,2)mv2，A錯誤，D正確；除重力和彈力以外的其他力做的功等于機械能的變化量，即（F－F阻）h＝eq\f(1,2)mv2＋mgh，B正確，C錯誤.答案：BD應用功能關系解題的關鍵應用功能關系解題的關鍵是深刻理解不同功能關系的含義：（1）重力做功是物體重力勢能變化的原因，重力做多少功，重力勢能就減少多少.（2）彈力做功是彈簧彈性勢能變化的原因，彈力做多少功，彈性勢能就減少多少.（3）合力做功是物體動能變化的原因，合力做多少功，動能就增加多少.（4）除重力和系統(tǒng)內彈力之外的其他力做功是機械能變化的原因，其他力做多少功，機械能就增加多少.5.一個盛水袋，某人從側面緩慢推裝液體的袋壁使它變形至如圖所示位置，則此過程中袋和液體的重心將（）A.逐漸升高B.逐漸降低C.先降低再升高D.始終不變解析：人對液體做正功，液體的機械能增加，液體緩慢移動可以認為動能不變，重力勢能增加，重心升高，A正確.答案：A6.（多選）一質量為m的物體，在距地面高h處以eq\f(1,3)g的加速度由靜止豎直下落到地面，下列說法中正確的是（）A.物體的重力勢能減少eq\f(1,3)mghB.物體的機械能減少eq\f(2,3)mghC.物體的動能增加eq\f(1,3)mghD.物體的重力做的功為mgh解析：物體從高h處落到地面的過程中，重力做的功為mgh，重力勢能減少mgh，選項A錯誤，D正確；物體的加速度為eq\f(1,3)g，故合力為eq\f(1,3)mg，合外力做的功為eq\f(1,3)mgh，根據動能定理，物體的動能增加eq\f(1,3)mgh，選項C正確；物體的重力勢能減少mgh，動能增加eq\f(1,3)mgh，故機械能減少了eq\f(2,3)mgh，選項B正確.答案：BCD探究四摩擦力做功與能量的關系1.一對靜摩擦力做的功.（1）單個靜摩擦力可以做正功，也可以做負功，還可以不做功.（2）相互摩擦的系統(tǒng)內，一對靜摩擦力所做功的代數和總為零，即W1＋W2＝0.（3）在靜摩擦力做功的過程中，只有機械能的相互轉移（靜摩擦力起著傳遞機械能的作用），而沒有機械能轉化為其他形式的能.2.一對滑動摩擦力做的功.（1）單個滑動摩擦力可以對物體做正功，也可以對物體做負功，當然也可以不做功.（2）相互摩擦的系統(tǒng)內，一對滑動摩擦力所做功的代數和總為負值，其絕對值恰等于滑動摩擦力與相對滑行距離的乘積，即恰等于系統(tǒng)因摩擦而損失的機械能.（W1＋W2＝－Q.其中Q就是在摩擦過程中產生的內能）（3）一對滑動摩擦力做功的過程中，能量的轉化有兩種情況：一是相互摩擦的物體之間機械能的轉移；二是機械能轉化為內能，轉化為內能的數值等于滑動摩擦力與相對滑行距離的乘積，即Q＝Ffl相.【典例4】如圖所示，電動機帶動水平傳送帶以速度v勻速傳動，一質量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上.若小木塊與傳送帶之間的動摩擦因數為μ，當小木塊與傳送帶相對靜止時.求：（1）小木塊的位移；（2）傳送帶轉過的路程；（3）小木塊獲得的動能；（4）摩擦過程產生的熱量；（5）電動機帶動傳送帶勻速轉動輸出的總能量.解析：小木塊剛放上傳送帶時，速度為0，受到傳送帶的滑動摩擦力作用，做勻加速直線運動，達到與傳送帶相同的速度后不再受摩擦力.整個過程中小木塊獲得一定的動能，系統(tǒng)內因摩擦產生一定的熱量.（1）對小木塊，相對滑動時，由μmg＝ma，得a＝μg，由v＝at，得小木塊與傳送帶相對靜止時所用的時間t＝eq\f(v,μg)，則小木塊的位移l＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(v2,2μg).（2）傳送帶始終勻速運動，轉過的路程s＝vt＝eq\f(v2,μg).（3）小木塊獲得的動能Ek＝eq\f(1,2)mv2.（4）摩擦過程產生的熱量Q＝μmg（s－l）＝eq\f(1,2)mv2.（5）由能的轉化與守恒得，電動機輸出的總能量轉化為小木塊的動能與摩擦產生的熱量，所以E總＝Ek＋Q＝mv2.答案：（1）eq\f(v2,2μg)（2）eq\f(v2,μg)（3）eq\f(1,2)mv2（4）eq\f(1,2)mv2（5）mv2摩擦力做功特點（1）無論是靜摩擦力還是滑動摩擦力，它們都可以做負功或做正功，也可以不做功.（2）互為作用力和反作用力的一對靜摩擦力所做的總功為零；而互為作用力和反作用力的一對滑動摩擦力