1、10 能量守恒定律與能源,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_(A.可能B.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_的過程中，能量的總量_。,B,相互聯(lián)系,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,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。,普遍,重要,可靠,【想一想】一個(gè)叫丹尼斯李(Dennis Lee)的美國 人在美國今日新聞周刊

2、等全國性報(bào)刊上刊 登大幅廣告，在全美各地表演，展示其號(hào)稱無需任 何能源的發(fā)電機(jī)。 你認(rèn)為這種發(fā)電機(jī)能造出來嗎？并說明原因。 提示：不能。丹尼斯李發(fā)明的發(fā)電機(jī)不消耗其他能量而源源不斷地產(chǎn)生電能，違背了能量守恒，因此這種發(fā)電機(jī)不能制造出來。,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，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)再次自 動(dòng)聚集起來供人類重新利用。電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通 過燈泡轉(zhuǎn)化成_和_，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍 環(huán)境的_，我們無法把這些散失的

3、能量收集起來重新利用。,煤炭,石油,石油,內(nèi)能,光能,內(nèi)能,3.能源危機(jī)的含義：在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上_，但在可利用的品質(zhì)上_，從便于利用的變成_的了。 4.能量轉(zhuǎn)化的方向性與節(jié)約能源的必要性：_反映了能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向性。所以，能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的，所以自然界的能量雖然_，但還是很有必要節(jié)約能源。,雖未減少,降低了,不便于利用,能量耗散,守恒,【判一判】 (1)煤自古至今都是人類的主要能源。( ) (2)能量耗散表明能量正在逐漸消失。( ) (3)世上總能量雖然不變，但我們?nèi)孕枰泄?jié)能意識(shí)。( ),提示：(1)。煤近期才被人類發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)古的

4、人類所需的主要能源是柴薪。 (2)。能量耗散并非說明能量在消失，而是指可利用的能源正在減少。 (3)。世上總能量雖然不變，但可利用的能源正在逐漸減少，故我們?nèi)孕枰?jié)約能源。,一、能量守恒定律的理解和應(yīng)用 思考探究： “神舟十號(hào)”飛船返回艙進(jìn)入地球大氣層以后，由于它的高速下落，而與空氣發(fā)生劇烈摩擦，返回艙的表面溫度達(dá)到1000攝氏度。,(1)進(jìn)入大氣層很長一段時(shí)間，返回艙加速下落，返回艙表面溫度逐漸升高。該過程動(dòng)能和勢能怎么變化？機(jī)械能守恒嗎？ (2)返回艙表面溫度越高，內(nèi)能越大。該過程中什么能向什么能轉(zhuǎn)化？機(jī)械能和內(nèi)能的總量變化嗎？ 提示：(1)動(dòng)能增加，勢能減少，由于有摩擦阻力做功，機(jī)械能不

5、守恒。 (2)該過程中機(jī)械能減少，內(nèi)能增加，機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，由于不涉及其他能量的轉(zhuǎn)化，故機(jī)械能和內(nèi)能的總量不變。,【歸納總結(jié)】 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.表達(dá)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)E增=E減，能量的增加量等于能量的減少量。,3.應(yīng)用步驟： (1)明確研究對(duì)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(zhuǎn)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)。,【典例示范】下列說法正

6、確的是( ) A.隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的 B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成其他能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了 C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的 D.有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說明能量可以憑空產(chǎn)生,【解題探究】 (1)能量守恒定律的根本原因：能量既不會(huì)憑空_，也不會(huì)憑空 _。 (2)這里的永動(dòng)機(jī)是指一種什么樣的“機(jī)器”？ 提示：這里的永動(dòng)機(jī)是指不消耗能量而能永遠(yuǎn)對(duì)外做功的機(jī)器。,產(chǎn)生,消失,【正確解答】選C。永動(dòng)機(jī)是不消耗或少消耗能量，可以大量對(duì)外做功的裝置，違背能量守恒定律，A錯(cuò)誤。能量不可能

7、憑空消失，B錯(cuò)誤。能量也不可能憑空產(chǎn)生，C正確，D錯(cuò)誤。,【誤區(qū)警示】利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點(diǎn)注意 (1)能量既可通過做功的方式實(shí)現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，也可在同一物體的不同部分或不同物體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 (2)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)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(guān)鍵是正確分析有多少種能量變化，分析時(shí)避免出現(xiàn)遺漏。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.(2015漢中高一檢測)力對(duì)物體做功100 J，下列說法正確的是 ( ) A.物體具有的能量增加100 J B.物體具有的能量減少100 J C.有100 J的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化 D.產(chǎn)生了100 J的能量,【解析】選C。力對(duì)物體做功100 J，就有

8、100 J的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，但是物體具有的能量不一定增加也不一定減少，比如只有重力做功的情況物體具有的機(jī)械能不變，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。,2.(2015泰州高一檢測)關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是 ( ) A.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加 B.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量只會(huì)不斷減少 C.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要 D.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源,【解析】選D。能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總能量不變，A、B錯(cuò)；自然界中總能量雖然不變，但可利用能源在不斷減少，故節(jié)約能源很有必要，C錯(cuò)，D對(duì)。,3.人們有在房前種樹

9、的習(xí)慣，夏天大樹長出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會(huì)全部掉光，使溫暖的陽光照入屋內(nèi)，可以起到冬暖夏涼的作用。炎熱的夏天，我們?cè)诮?jīng)過有樹的地方時(shí)，也會(huì)感到很明顯的涼意，關(guān)于樹木周圍比較涼爽的現(xiàn)象，下列說法中正確的是() A.樹木把大部分太陽光反射出去，使地面溫度降低 B.樹木吸收陽光，使自己溫度升高，周圍溫度降低 C.樹木吸收陽光，將陽光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使環(huán)境溫度變低 D.白天大樹將熱量存起來，晚上再將熱量放出來，所以白天在樹林里感覺涼爽而晚上感覺到熱,【解析】選C。植物發(fā)生光合作用，消耗掉太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，根據(jù)能量守恒，陽光的能量轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所以樹木下會(huì)比較涼爽，故C正確。

10、,【補(bǔ)償訓(xùn)練】一質(zhì)量均勻、不可伸長的繩索，重為G，A、B兩端固定在天花板上，現(xiàn)在最低點(diǎn)C處施加一豎直向下的力，將最低點(diǎn)緩慢拉至D點(diǎn)，在此過程中，繩的重心位置( ) A.逐漸升高 B.逐漸降低 C.先降低后升高 D.始終不變,【解析】選A。外力對(duì)繩索做正功，繩索的機(jī)械能增加，由于繩索的動(dòng)能不變，增加的必是重力勢能，重力勢能增加是重心升高的結(jié)果，故A正確。,二、功能關(guān)系的理解和應(yīng)用 思考探究： 高山滑雪，起源于阿爾卑斯山地域，又稱“阿爾卑斯滑雪”或“山地滑雪”。如圖所示，某滑雪愛好者由高處沿雪坡勻速疾馳而下。試問：,(1)下滑過程中，重力做什么功？重力勢能怎么變化？ (2)下滑過程中，人的動(dòng)能變化

11、嗎？表明合力做什么功？ (3)人的機(jī)械能怎么變化？表明除了重力外其他力做什么功？ 提示：(1)下滑過程中，重力做正功，重力勢能減少。 (2)下滑過程中，人的動(dòng)能不變，表明合力不做功。 (3)人的機(jī)械能減少，表明除了重力外其他力做負(fù)功。,【歸納總結(jié)】 1.功能關(guān)系概述： (1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程。 (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)系如表：,【典例示范】(多選)(2015全國卷)如圖，滑塊a、b的質(zhì)量均為m，a套在

12、固定豎直桿上，與光滑水平地面相距h，b放在地面上，a、b通過鉸鏈用剛性輕桿連接，由靜止開始運(yùn)動(dòng)。不計(jì)摩擦，a、b可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度大小為g，則( ) A.a落地前，輕桿對(duì)b一直做正功 B.a落地時(shí)速度大小為 C.a下落過程中，其加速度大小始終不大于g D.a落地前，當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí)，b對(duì)地面的壓力大小為mg,【解題探究】 (1)由速度的分解與合成可得，b物體的機(jī)械能先_再_。 (2)a物體的機(jī)械能先_再_，機(jī)械能最小時(shí)桿的作用力為 _。,增大,減小,減小,增大,零,【正確解答】選B、D。選b滑塊為研究對(duì)象，b滑塊的初速度為零，當(dāng)a滑塊落地時(shí)，a滑塊沒有在水平方向上的分速度，所以b滑塊的末

13、速度也為零，由此可得b滑塊速度是先增大再減小，當(dāng)b滑塊速度減小時(shí)，輕桿對(duì)b一直做負(fù)功，A項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)a滑塊落地時(shí)，b滑塊的速度為零，由機(jī)械能守恒定律，可得a落地時(shí)速度大小為 ，B項(xiàng)正確；當(dāng)b滑塊速度減小時(shí)，輕桿對(duì)a、b都表現(xiàn)為拉力，拉力在豎直方向上有分力與a的重力合成，其加速度大小大于g，C項(xiàng)錯(cuò)誤；a的機(jī)械能先減小再增大，當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí)，輕桿對(duì)a、b的作用力均為零，故此時(shí)b對(duì)地面的壓力大小為mg，D項(xiàng)正確。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)(2015保定高一檢測)如圖所示，一 固定斜面傾角為30，一質(zhì)量為m的小物塊自 斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做勻減速 運(yùn)動(dòng)，加速度大小等于重力加速度的大小g

14、。物塊上升的最大高度為H，則此過程中，物塊的( ) A.動(dòng)能損失了2mgH B.動(dòng)能損失了mgH C.機(jī)械能損失了mgH D.機(jī)械能損失了 mgH,【解析】選A、C。由于mgsin30+Ff=mg，故Ff= mg，由動(dòng)能定理 -mgH-Ff2H=Ek知，動(dòng)能變化量Ek=-2mgH，即動(dòng)能減少了2mgH，A對(duì)，B錯(cuò)；機(jī)械能的變化量E=-Ff2H=-mgH，C對(duì)，D錯(cuò)。,2.(2014新課標(biāo)全國卷)一物體靜止在粗糙水平地面上，現(xiàn)用一大小為F1的水平拉力拉動(dòng)物體，經(jīng)過一段時(shí)間后其速度變?yōu)関，若將水平拉力的大小改為F2，物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時(shí)間后速度變?yōu)?v，對(duì)于上述兩個(gè)過程，用WF1、WF2分別

15、表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分別表示前后兩次克服摩擦力所做的功，則( ) A.WF24WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1，Wf2=2Wf1 C.WF24WF1，Wf2=2Wf1 D.WF24WF1，Wf22Wf1,【解析】選C。根據(jù)x= 和Wf=mgx可判斷，兩次克服摩擦力所做的 功Wf2=2Wf1。由動(dòng)能定理得WF1-Wf1= mv2和WF2-Wf2= m(2v)2，整理可 判斷WF24WF1，故選項(xiàng)C正確。,3.(2013海南高考)一質(zhì)量m=0.6kg的物體以v0=20m/s的初速度從傾角=30的斜坡底端沿斜坡向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物體向上滑到某一位置時(shí)，其動(dòng)能減少了Ek=18

16、J，機(jī)械能減少了E=3J。不計(jì)空氣阻力，重力加速度g取10m/s2，求： (1)物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大小。 (2)物體返回斜坡底端時(shí)的動(dòng)能。,【解析】(1)設(shè)物體運(yùn)動(dòng)過程中所受的摩擦力為f，向上運(yùn)動(dòng)的加速度的大小為a，由牛頓第二定律可知a= 設(shè)物體的動(dòng)能減少Ek時(shí)，在斜坡上運(yùn)動(dòng)的距離為s，由功能關(guān)系可知Ek=(mgsin+f)s E=fs 聯(lián)立上式，并代入數(shù)據(jù)可得a=6m/s2,(2)設(shè)物體沿斜坡向上運(yùn)動(dòng)的最大距離為sm，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可得sm= 設(shè)物體返回斜坡底端時(shí)的動(dòng)能為Ek，由動(dòng)能定理得 Ek=(mgsin-f)sm 聯(lián)立以上各式，并代入數(shù)據(jù)可得Ek=80J 答案：(1)6m/s2(2)

17、80J,【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示，滑塊靜止于光滑水平 面上，與之相連的輕質(zhì)彈簧處于自然伸直狀態(tài)。 現(xiàn)用恒定的水平外力F作用于彈簧右端，在向右移動(dòng)一段距離的過程中，拉力F做了10J的功。上述過程中( ) A.彈簧的彈性勢能增加了10 J B.滑塊的動(dòng)能增加了10 J C.滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加了10 J D.滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,【解析】選C。拉力F做功既增加了彈簧的彈性勢能，還增加了滑塊的動(dòng)能，A、B錯(cuò)；系統(tǒng)增加的機(jī)械能等于拉力F做的功，C對(duì)，D錯(cuò)。,【規(guī)律方法】應(yīng)用功能關(guān)系解題的基本步驟 (1)明確研究對(duì)象。 (2)分析物體的運(yùn)動(dòng)過程并畫圖展示。 (3)分析力對(duì)研究對(duì)象的做功情

18、況和能量轉(zhuǎn)化形式。 (4)根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律列方程求解。,【拓展例題】考查內(nèi)容：能量守恒定律在實(shí)際中的應(yīng)用 【典例示范】一水電站，水流的落差為20m，水流沖擊水輪發(fā)電機(jī)后，水流的能有20%轉(zhuǎn)化為電能，若發(fā)電機(jī)的功率為200 kW，則每分鐘的水流量是多少？(g取10m/s2),【正確解答】設(shè)1分鐘水的流量為Q， 則在1分鐘內(nèi)流水的質(zhì)量m=Q 在1分鐘內(nèi)流水減少的重力勢能Ep=mgh=Qgh 由題意可知：發(fā)電機(jī)的功率P= 整理得：Q= 代入數(shù)據(jù)得： 答案：300m3,板塊模型 1.建模背景：木板和物塊組成的相互作用的系統(tǒng)稱為板塊模型。該模型常涉及靜摩擦力等靜力學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律等知識(shí)，還涉及動(dòng)能定理和能量的轉(zhuǎn)化和守恒等方面的知識(shí)。,2.模型特點(diǎn)： (1)系統(tǒng)中的兩個(gè)組成物體會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 (2)一般是多個(gè)物體的多個(gè)過程問題。 (3)往往涉及摩擦力做功，動(dòng)能、內(nèi)能變化問題。 (4)處理問題時(shí)常用到整體法與隔離法。,【案例體驗(yàn)】(多選)(2015延安高一檢測)如圖所示，質(zhì)量為M、長度為L的木板靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))放在木板上最左端，現(xiàn)