10能量守恒定律與能源第七章

機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確立的兩類重要事實(shí).2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決實(shí)際問(wèn)題.3.了解能量耗散，知道能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題，增強(qiáng)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的意識(shí).考試要求學(xué)考選考cd內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)一、能量守恒定律1.建立能量守恒定律的兩個(gè)重要事實(shí)(1)確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的

(填“可能”或“不可能”)性.(2)發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的

與

.2.內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式___

為另一種形式，或者從一個(gè)物體

到別的物體，在

或

的過(guò)程中，能量的總量

.3.意義：能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍.它是最

、最

、最

的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式.不可能相互聯(lián)系轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變普遍重要可靠二、能源和能量耗散1.能源與人類社會(huì)：人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期、

時(shí)期、

時(shí)期.自工業(yè)革命以來(lái)，煤和

成為人類的主要能源.2.能量耗散：燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，就不會(huì)_________

聚集起來(lái)供人類重新利用.煤炭石油石油再次自動(dòng)3.能源危機(jī)的含義：在能源的利用過(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上

了，從便于利用的變成___________的了.4.能量轉(zhuǎn)化的方向性：能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的

性，所以自然界的能量雖然守恒，但還是很有必要節(jié)約能源.降低不便于利用方向答案即學(xué)即用1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)當(dāng)一個(gè)物體的能量減少時(shí)，一定有其他物體的能量增多.(

)(2)做功越多，能量的轉(zhuǎn)化也越多.(

)(3)在利用能源的過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少.(

)(4)世上總能量不變，所以我們不需要節(jié)約能源.(

)(5)人類不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造.(

)√√√××答案2.質(zhì)量為0.4kg的皮球，從離地面高0.5m處自由落下，與地面碰撞后以2m/s的速度反彈，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2，碰撞時(shí)損失的機(jī)械能為_(kāi)____，損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___能.1.2J內(nèi)重點(diǎn)探究一、能量守恒定律的理解1.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢(shì)能的值總大于增加的動(dòng)能的值，即機(jī)械能的總量在減少.機(jī)械能減少的原因是什么？減少的部分機(jī)械能是消失了嗎？導(dǎo)學(xué)探究答案答案

機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.不是.2.請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？(1)植物進(jìn)行光合作用.答案答案

光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(2)放在火爐旁的冰融化變熱.答案

內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰(3)電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光.答案

電能轉(zhuǎn)化為光能1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律.2.能量守恒定律的理解某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.知識(shí)深化例1

(多選)從光滑斜面上滾下的物體，最后停止在粗糙的水平面上，則A.在斜面上滾動(dòng)時(shí)，只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化B.在斜面上滾動(dòng)時(shí)，有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.在水平面上滾動(dòng)時(shí)，總能量正在消失D.在水平面上滾動(dòng)時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒解析

在斜面上滾動(dòng)時(shí)，只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動(dòng)時(shí)，有摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的，故選A、D.√√答案解析二、能量守恒定律的應(yīng)用1.能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，ΔE增＝ΔE減.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，ΔEA增＝ΔEB減.2.能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟(1)明確研究對(duì)象和研究過(guò)程.(2)找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量減少.(3)列出增加量和減少量之間的守恒式.答案例2如圖1所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求：(g取10m/s2)解析圖1(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；答案

4.5J解析

設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時(shí)，物體相對(duì)地面的位移為s′.即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，此時(shí)答案解析圖1(2)這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；答案

4.5J解析

由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，則Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J.答案(3)這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E.解析答案

9J圖1解析

由能量守恒知，這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.例3

(2018·臺(tái)州中學(xué)高二下學(xué)期期中考試)一彈珠彈射玩具模型如圖2所示，水平粗糙管AB內(nèi)裝有一輕彈簧，左端固定.豎直放置的光滑管道BCD，其中CD為半徑R＝0.1m的四分之一圓周，C點(diǎn)與地面間的高度H＝0.1m，用質(zhì)量m1＝0.2kg的彈珠(可看成質(zhì)點(diǎn))將彈簧緩慢壓縮到某一確定位置M，彈珠與彈簧不固連，由靜止釋放后彈珠恰能停在D點(diǎn).用同種材料、質(zhì)量m2＝0.1kg的彈珠仍將彈簧緩慢壓縮到M點(diǎn)再由靜止釋放，彈珠由D點(diǎn)飛出后落在與D點(diǎn)正下方D′點(diǎn)相距x＝0.8m處.求：(g取10m/s2，不計(jì)空氣阻力)圖2(1)彈珠m2從D點(diǎn)飛出時(shí)的速度大?。淮鸢?/p>

見(jiàn)解析答案解析圖2解析

彈珠m2由D點(diǎn)飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，有得t＝0.2s(2)彈簧被緩慢壓縮到M點(diǎn)時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能；答案

見(jiàn)解析答案解析圖2解析

彈珠從釋放到D點(diǎn)的過(guò)程，由能量守恒定律得：釋放m1的過(guò)程，有Ep＝μm1gxMB＋m1g(H＋R)釋放m2的過(guò)程，有Ep＝μm2gxMB＋m2g(H＋R)＋

m2vD2

解得Ep＝1.6J(3)保持彈珠m2仍將彈簧緩慢壓縮到M點(diǎn)，改變H的高度，從D點(diǎn)飛出后落點(diǎn)與D點(diǎn)正下方D′點(diǎn)的距離x′是不同的，求x′的最大值.答案

見(jiàn)解析答案解析圖2由數(shù)學(xué)知識(shí)得xm′＝1m.在涉及彈性勢(shì)能等多種形式的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題中，用能量守恒的思想解題可以化繁為簡(jiǎn).技巧點(diǎn)撥三、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用1.功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程.(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度.做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.2.功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下表：功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢(shì)能的改變WG＝－ΔEp彈力做功彈性勢(shì)能的改變WF＝－ΔEp合外力做功動(dòng)能的改變W合＝ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機(jī)械能的改變W＝ΔE機(jī)兩物體間滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ff·x相對(duì)＝Q答案解析例4如圖3所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開(kāi)始自由下落，小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力.已知AP＝2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圖3√解析

重力做功與路徑無(wú)關(guān)，所以WG＝mgR，選項(xiàng)A錯(cuò)；小球在B點(diǎn)時(shí)所受重力提供向心力，即mg＝m，所以v＝

，從P點(diǎn)到B點(diǎn)，由動(dòng)能定理知：W合＝

mv2＝

mgR，故選項(xiàng)C錯(cuò)；根據(jù)能量守恒知：機(jī)械能的減少量為|ΔE|＝|ΔEp|－|ΔEk|＝

mgR，故選項(xiàng)B錯(cuò)；克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量，故選項(xiàng)D對(duì).應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵是深刻理解不同功能關(guān)系的含義：(1)重力做功是物體重力勢(shì)能變化的原因，重力做多少功，重力勢(shì)能就減少多少；(2)彈力做功是彈簧彈性勢(shì)能變化的原因，彈力做多少功，彈性勢(shì)能就減少多少；(3)合力做功是物體動(dòng)能變化的原因，合力做多少功，動(dòng)能就增加多少；(4)除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做功是機(jī)械能變化的原因，其他力做多少功，機(jī)械能就增加多少.規(guī)律總結(jié)答案解析針對(duì)訓(xùn)練

如圖4所示為低空跳傘表演，假設(shè)質(zhì)量為m的跳傘運(yùn)動(dòng)員，由靜止開(kāi)始下落，在打開(kāi)傘之前受恒定阻力作用，下落的加速度為

g，在運(yùn)動(dòng)員下落h的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是圖4√解析

在運(yùn)動(dòng)員下落h的過(guò)程中，重力勢(shì)能減少了mgh，故A錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律得，運(yùn)動(dòng)員所受的合力為F合＝ma＝

mg，則根據(jù)動(dòng)能定理得，合力做功為

mgh，則動(dòng)能增加了

mgh，故B正確；合力做功等于重力做功與阻力做功的代數(shù)和，因?yàn)橹亓ψ龉閙gh，則克服阻力做功

mgh，故C錯(cuò)誤；重力勢(shì)能減少了mgh，動(dòng)能增加了

mgh，故機(jī)械能減少了

mgh，故D錯(cuò)誤.達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(能源的利用)關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是A.能源應(yīng)用的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程B.化石能源的能量歸根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能，因此化石能源永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭C.在廣大的農(nóng)村推廣沼氣意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)

約能源D.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭√1234答案解析解析

能源應(yīng)用過(guò)程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程，各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類服務(wù)，A錯(cuò)誤；化石能源的能量雖然來(lái)自太陽(yáng)能，但要經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成，且儲(chǔ)量有限，為不可再生能源，B錯(cuò)誤；在廣大農(nóng)村推廣沼氣對(duì)改善農(nóng)村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當(dāng)代，利在千秋，C正確；無(wú)論技術(shù)先進(jìn)與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯(cuò)誤.1234A.選手從開(kāi)始跳下到入水的時(shí)間等于2秒B.選手在空中下落過(guò)程中重力勢(shì)能增大C.選手在空中下落過(guò)程中動(dòng)能增大D.選手在空中下落過(guò)程中機(jī)械能增大2.(功能關(guān)系)(2018·新昌中學(xué)高三選考適應(yīng)性考試)如圖5所示為一選手從距離水面高為20米的懸崖上跳下，選手受到的空氣阻力跟速度成正比(g取10m/s2)，則以下說(shuō)法正確的是答案√圖512343.(功能關(guān)系)(2018·杭西高高一4月測(cè)試)韓曉鵬是我國(guó)首位在冬奧會(huì)雪上項(xiàng)目奪冠的運(yùn)動(dòng)員.他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿勢(shì)下滑了一段距離，重力對(duì)他做功1900J，他克服阻力做功100J.韓曉鵬在此過(guò)程中A.動(dòng)能增加了1900JB.動(dòng)能增加了2000JC.重力勢(shì)能減小了1900JD.機(jī)械能減小了2000J答案√12344.(能量守恒定律的應(yīng)用)如圖6所示，質(zhì)量為m的物塊