1、學(xué)案21 能量守恒定律與能源【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.能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容，會用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解釋一些實(shí)際問題.3.了解能量耗散，知道能源短缺和環(huán)境惡化問題，增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識【學(xué)習(xí)任務(wù)】一、能量守恒定律問題設(shè)計(jì) 1在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，重物帶著紙帶下落時，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少的重力勢能的值大于增加的動能的值，即機(jī)械能的總量在減少原因就是存在紙帶和打點(diǎn)計(jì)時器之間的摩擦力和空氣的阻力等是不是考慮了各種摩擦和阻力后這部分能量就消失了呢？2請說明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的？(1)植物進(jìn)行光合作用(2)放在火爐旁的冰融化變熱

2、(3)電流通過燈泡，燈泡發(fā)光 要點(diǎn)提煉1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2能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看，E初E終(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，E增E減(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，EA增EB減二、能源和能量耗散問題設(shè)計(jì)既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？ 要點(diǎn)提煉1能源：指能夠提供可利用能量的物質(zhì)，它是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ)2能量耗散：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象(1)能量耗散表明，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)量上雖未減

3、少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了這是能源危機(jī)的深層次的含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因(2)能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性三、功能關(guān)系的理解1功和能的關(guān)系可以從以下兩個方面來理解：(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化通過做功來實(shí)現(xiàn)，即做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程；(2)做了多少功就有多少能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，即能量轉(zhuǎn)化的多少可用做功的多少來量度2常用的幾種功能關(guān)系功能的變化表達(dá)式重力做功正功重力勢能減少重力勢能變化WGEpEp1Ep2負(fù)功重力勢能增加彈力做功正功彈性勢能減少彈性勢能變化W彈EpEp1Ep2負(fù)

4、功彈性勢能增加合力做功正功動能增加動能變化W合EkEk2Ek1負(fù)功動能減少除重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力)外其他力做功正功機(jī)械能增加機(jī)械能變化W其他EE2E1負(fù)功機(jī)械能減少兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功內(nèi)能變化Ffx相對Q注意 功和能的本質(zhì)不同，并且功和能也不能相互轉(zhuǎn)化，而只能是通過做功實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化一、對能量守恒定律的理解例1 下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識正確的是( )A某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)械永動機(jī)不可能制成D石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了二、能量守恒定律的應(yīng)用例2 如圖1所

5、示，一個粗細(xì)均勻的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)量為m.在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內(nèi)液體的總長度為4h，拿去蓋板，液體開始運(yùn)動，由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為( )圖1A.mgh B.mghC.mgh D.mgh三、對功能關(guān)系的理解及應(yīng)用例3 如圖2所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動，將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端，小鐵塊與長木塊間的動摩擦因數(shù)為，當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對長木塊滑動L時與長木塊保持相對靜止，此時長木塊對地的位移為l，求這個過程中圖2(1)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；(2)小鐵塊增加的動能

6、；(3)長木塊減少的動能；(4)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量【補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料】1(對能量守恒定律的理解)利用能源的過程實(shí)質(zhì)上是( )A能量的消失過程B能量的創(chuàng)造過程C能量不守恒的過程D能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移并且耗散的過程2(能量守恒定律的應(yīng)用)一顆子彈以某一速度擊中靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出，對于這一過程，下列說法正確的是( )A子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能B子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量C子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和D子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動能與木塊和子彈增加的內(nèi)能之和3(對功能關(guān)系的理解)某人將重物由靜止開始舉高h(yuǎn)，并使物體獲得速度v，

7、則下列說法中不正確的是( )A物體所受合外力對它做的功等于物體動能的增加B此人對物體做的功等于物體動能和重力勢能的增加量C物體所受合外力做的功等于物體動能和重力勢能的增加量D克服重力做的功等于物體重力勢能的增加量4(功能關(guān)系的應(yīng)用)如圖3所示，斜面的傾角為，質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為s0，滑塊以初速度v0沿斜面上滑，滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為，滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力若滑塊每次與擋板相碰均無機(jī)械能損失，求滑塊經(jīng)過的總路程圖3【實(shí)驗(yàn)班特供題組】題組一 對能量守恒定律的理解1下列說法正確的是( )A隨著科技的發(fā)展，永動機(jī)是可以制成的B太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，

8、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”違背了能量守恒定律，因而是不可能的D有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量是可以憑空產(chǎn)生的2市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖1所示)在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動，能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是( )圖1A太陽能電能機(jī)械能B太陽能機(jī)械能電能C電能太陽能機(jī)械能D機(jī)械能太陽能電能3行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是( )A物體克服阻力做功B物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C物體

9、的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量4在最近幾年的空調(diào)市場上出現(xiàn)一個新寵變頻空調(diào)，據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能，因?yàn)槎l空調(diào)開機(jī)時就等同于汽車啟動時，很耗能，是正常運(yùn)行的57倍空調(diào)在工作時達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，等溫度高了再繼續(xù)啟動這樣的頻繁啟動，耗電多，而變頻空調(diào)啟動時有一個由低到高的過程，而運(yùn)行過程是自動變速來保持室內(nèi)溫度，從開機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī)，而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)行，所以比較省電閱讀上述介紹后，探究以下說法中合理的是( )A變頻空調(diào)節(jié)能，運(yùn)行中不遵守能量守恒定律B變頻空調(diào)運(yùn)行中做功少，轉(zhuǎn)化能量多C變頻空調(diào)在同樣工作條件下運(yùn)行效率高，省電D變頻空調(diào)與

10、定頻空調(diào)做同樣功時，消耗同樣電能題組二 對能源的開發(fā)與利用的理解5關(guān)于能源的利用，下列說法不正確的是( )A自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源B一座城市的能量耗散使其環(huán)境溫度略高于周圍農(nóng)村的環(huán)境溫度C煤炭和石油產(chǎn)品燃燒會造成空氣污染和溫室效應(yīng)D能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的6關(guān)于能源的開發(fā)和節(jié)約，你認(rèn)為以下觀點(diǎn)錯誤的是( )A能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭實(shí)在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C能源的開發(fā)利用，必須要同時考慮對環(huán)境的影響D和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項(xiàng)有效途徑7關(guān)于能量耗散，下列說法中正確的是( )A

11、能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了B能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上越來越少D能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性題組三 對功能關(guān)系的理解8將質(zhì)量為m的小球在距地面高度為h處拋出拋出時的速度大小為v0，小球落到地面時的速度大小為2v0.若小球受到的空氣阻力不能忽略，則對于小球下落的整個過程中，下列說法正確的是( )A小球克服空氣阻力做的功小于mghB重力對小球做的功等于mghC合外力對小球做的功小于mvD合外力對小球做的功等于mv9懸崖跳水是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的極限運(yùn)動，需要運(yùn)動員具有非凡的膽量和過硬的技術(shù)跳

12、水運(yùn)動員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動，設(shè)質(zhì)量為m的運(yùn)動員剛?cè)胨畷r的速度為v，水對他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降深度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?( )A他的動能減少了(Fmg)hB他的重力勢能減少了mghmv2C他的機(jī)械能減少了FhD他的機(jī)械能減少了mgh10如圖2為我國交通運(yùn)輸部北海救助飛行隊(duì)直升機(jī)在執(zhí)行救助任務(wù)直升機(jī)通過繩索用恒力F豎直向上拉起救助官兵和被困人員，使其由水面開始加速上升到某一高度，若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力，則在此過程中，以下說法不正確的有( )圖2A力F和阻力的合力所做的功等于兩人機(jī)械能的增量B兩人克服重力所做的功等于兩人重力勢能的

13、增量C力F、重力、阻力三者合力所做的功等于兩人動能的增量D力F所做功減去克服阻力所做的功等于兩人重力勢能的增量題組四 能量守恒定律的應(yīng)用11一質(zhì)量為2 kg的物塊從離地80 m高處自由落下，測得落地速度為30 m/s，求下落過程中產(chǎn)生的內(nèi)能(g取 10 m/s2)12如圖3所示，滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿曲面下滑，過O點(diǎn)后滑上右邊曲面B點(diǎn)時的速度恰好等于零，O點(diǎn)附近光滑，滑塊經(jīng)過O點(diǎn)不發(fā)生碰撞若滑塊從B點(diǎn)以某一速度v沿原路徑往回滑，到達(dá)A點(diǎn)時的速度也恰好為零，求A、B兩點(diǎn)間的高度差(假設(shè)滑塊從A到B與從B到A因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能相同)圖3學(xué)案22 章末總結(jié) 課時編號：7.11.1 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.通

14、過習(xí)題掌握規(guī)律2.深入認(rèn)識功和能【學(xué)習(xí)任務(wù)】一、功和功率的計(jì)算1功的計(jì)算方法(1)定義法求功：恒力對物體做功大小的計(jì)算式為WFlcos ，式中為F、l二者之間的夾角由此可知，恒力做功大小只與F、l、這三個量有關(guān)，與物體是否還受其他力、物體的運(yùn)動狀態(tài)等因素?zé)o關(guān)(2)利用功率求功：此方法主要用于在發(fā)動機(jī)功率保持恒定的條件下，求牽引力做的功(3)利用動能定理或功能關(guān)系求功2功率的計(jì)算方法(1)P：此式是功率的定義式，適用于任何情況下功率的計(jì)算既適用于人或機(jī)械做功功率的計(jì)算，也適用于一般物體做功功率的計(jì)算；既適用于合力或某個力做功功率的計(jì)算，也適用于恒力或變力做功功率的計(jì)算；一般用于求解某段時間內(nèi)的平

15、均功率(2)PFv：當(dāng)v是瞬時速度時，此式計(jì)算的是F的瞬時功率；當(dāng)v是平均功率時，此式計(jì)算的是F的平均功率注意 求平均功率選用公式P和PFv均可，但必須注意是哪段時間或哪一個過程中的平均功率；求瞬時功率通常選用公式PFv，必須注意是哪個力在哪個時刻(或狀態(tài))的功率例1 物體在合外力作用下做直線運(yùn)動的vt圖象如圖1所示，下列表述不正確的是( )圖1A在00.5 s內(nèi)，合外力的瞬時功率逐漸增大B在02 s內(nèi)，合外力總是做負(fù)功C在0.5 s2 s內(nèi)，合外力的平均功率為零D在03 s內(nèi)，合外力所做總功為零二、對動能定理的理解與應(yīng)用動能定理一般應(yīng)用于單個物體，研究過程可以是直線運(yùn)動，也可以是曲線運(yùn)動；既

16、適用于恒力做功，也適用于變力做功；既適用于各個力同時作用在物體上，也適用于不同的力分階段作用在物體上，凡涉及力對物體做功過程中動能的變化問題幾乎都可以使用，但使用時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1明確研究對象和研究過程，確定初、末狀態(tài)的速度情況2對物體進(jìn)行正確的受力分析(包括重力、彈力等)，弄清各力做功大小及功的正、負(fù)情況3有些力在運(yùn)動過程中不是始終存在，物體運(yùn)動狀態(tài)、受力等情況均發(fā)生變化，則在考慮外力做功時，必須根據(jù)不同情況分別對待，正確表示出總功4若物體運(yùn)動過程中包含幾個不同的子過程，解題時，可以分段考慮，也可視為一個整體過程考慮，列出動能定理方程求解例2 汽車發(fā)動機(jī)的額定功率為60 kW，汽車的質(zhì)量為

17、5103 kg，汽車在水平路面上行駛時，阻力是車的重力的0.05倍，若汽車始終保持額定功率不變，取g10 m/s2，則從靜止啟動后，求：(1)汽車所能達(dá)到的最大速度是多大？(2)當(dāng)汽車的加速度為1 m/s2時，速度是多大？(3)如果汽車由啟動到速度變?yōu)樽畲笾岛?，馬上關(guān)閉發(fā)動機(jī)，測得汽車在關(guān)閉發(fā)動機(jī)前已通過624 m的路程，求汽車從啟動到停下來一共經(jīng)過多少時間？三、對機(jī)械能守恒定律的理解與應(yīng)用應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題，重在分析能量的變化，而不太關(guān)注物體運(yùn)動過程的細(xì)節(jié)，這使問題的解決變得簡便1守恒條件：只有重力或彈力做功，系統(tǒng)內(nèi)只發(fā)生動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化2表達(dá)式：(1)狀態(tài)式Ek1Ep1Ek2E

18、p2，理解為物體(或系統(tǒng))初狀態(tài)的機(jī)械能與末狀態(tài)的機(jī)械能相等(2)變量式EkEp，表示動能與勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)減少(或增加)的動能等于系統(tǒng)增加(或減少)的勢能EA增EB減，適用于系統(tǒng)，表示由A、B組成的系統(tǒng)，A部分機(jī)械能的增加量與B部分機(jī)械能的減少量相等例3 如圖2所示，物體A質(zhì)量為2m，物體B質(zhì)量為m，通過輕繩跨過定滑輪相連斜面光滑，且與水平面成30，不計(jì)繩子和滑輪之間的摩擦開始時A物體離地的高度為h，B物體位于斜面的底端，用手托住A物體，A、B兩物體均靜止撤去手后，求：圖2(1)A物體將要落地時的速度多大？(2)A物落地后，B物由于慣性將繼續(xù)沿斜面上升，則B物在斜面上的最遠(yuǎn)點(diǎn)離地

19、的高度多大？四、功能關(guān)系的應(yīng)用利用功能關(guān)系解決物理問題是常用的解題手段，本章常見的幾對功能關(guān)系如下：1重力做功與重力勢能：(1)表達(dá)式：WGEp.(2)物理意義：重力做功是重力勢能變化的原因(3)含義：WG0，表示勢能減少；WG0，表示勢能增加；WG0，表示勢能不變2彈簧彈力做功與彈性勢能：(1)表達(dá)式：W彈Ep.(2)物理意義：彈力做功是彈性勢能變化的原因(3)含義：W彈0，表示勢能減少；W彈0，表示勢能增加；W彈0，表示勢能不變3合力做功與動能：(1)表達(dá)式：W合Ek.(2)物理意義：合外力做功是物體動能變化的原因(3)含義：W合0，表示動能增加；W合0，表示動能減少；W合0，表示動能守恒

20、4除重力或系統(tǒng)彈力外其他力做功與機(jī)械能：(1)表達(dá)式：W其他E.(2)物理意義：除重力或系統(tǒng)彈力外其他力做功是機(jī)械能變化的原因(3)含義：W其他0，表示機(jī)械能增加；W其他0，表示機(jī)械能減少；W其他0，表示機(jī)械能守恒例4 節(jié)日燃放禮花彈時，要先將禮花彈放入一個豎直的炮筒中，然后點(diǎn)燃禮花彈的發(fā)射部分，通過火藥劇烈燃燒產(chǎn)生的高壓燃?xì)?，將禮花彈由炮筒底部射向空中，若禮花彈在由炮筒底部擊發(fā)至炮筒口的過程中，克服重力做功W1，克服炮筒阻力及空氣阻力做功W2，高壓燃?xì)鈱ΧY花彈做功W3，則禮花彈在炮筒內(nèi)運(yùn)動的過程中(設(shè)禮花彈發(fā)射過程中質(zhì)量不變)( )A禮花彈的動能變化量為W3W2W1B禮花彈的動能變化量為W3

21、W2W1C禮花彈的機(jī)械能變化量為W3W1D禮花彈的機(jī)械能變化量為W3W2W1五、能量守恒定律的應(yīng)用用能量守恒定律去分析、解決問題往往具有簡便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)中應(yīng)增強(qiáng)利用能量守恒定律解題的意識，應(yīng)用此規(guī)律時應(yīng)注意1要研究系統(tǒng)中有哪些力在做功，有哪些形式的能在發(fā)生轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化2某種形式的能的減少，一定伴隨著其他形式的能的增加，且增加量一定等于減少量，即E增E減例5 如圖3所示，由理想電動機(jī)帶動的水平傳送帶勻速運(yùn)動，速度大小為v，現(xiàn)將一小工件放到傳送帶左端點(diǎn)上設(shè)工件初速為零，當(dāng)它在傳送帶上滑動一段距離后速度達(dá)到v，而與傳送帶保持相對靜止設(shè)工件質(zhì)量為m，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為，左右端點(diǎn)相距L，則該電動機(jī)每傳送完一個工件消耗的電能為( )圖3Amgl B.mv2Cmglmv2 Dmv2【補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料】1(功率的計(jì)算