2017-2018学年同步备课套餐之高一物理人教浙江专版必修2讲义：第七章 10

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精10能量守恒定律与能源学习目标1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确立的两类重要事实．2．理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点分析、解决实际问题．3．了解能量耗散，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和保护环境的意识。考试要求必考加试cd一、能量守恒定律1．建立能量守恒定律的两个重要事实（1）确认了永动机的不可能（填“可能"或“不可能”）性．（2）发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化．2．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．3．意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃．它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式．4．列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．二、能源和能量耗散1．能源与人类社会：人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期．自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源．2．能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．3．能源危机的含义：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了．4．能量转化的方向性:能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性，所以自然界的能量虽然守恒,但还是很有必要节约能源．［即学即用］1．判断下列说法的正误．(1）机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式．(√)（2）能量耗散表明能量在逐渐消失．（×）（3）在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少．（√）(4)世上总能量不变，所以我们不需要节约能源．（×)（5)人类不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造．(×)2．质量为0。4kg的皮球，从离地面高0。5m处自由落下，与地面碰撞后以2m/s的速度反弹，不计空气阻力,g取10m/s2，碰撞时损失的机械能为________，损失的机械能转化为________能．答案1.2J内一、能量守恒定律的理解[导学探究](1）在验证机械能守恒定律的实验中，计算结果发现,重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少．机械能减少的原因是什么?减少的部分机械能是消失了吗？(2)请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？①植物进行光合作用．②放在火炉旁的冰融化变热．③电流通过灯泡，灯泡发光．答案（1)机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能．不是．（2)①光能转化为化学能②内能由火炉转移到冰③电能转化为光能［知识深化］1．适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．2．能量守恒定律的理解某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等．例1下列关于能量守恒定律的认识错误的是()A．某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加B．某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成D．石子从空中落下,最后静止在地面上，说明机械能消失了答案D解析根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失．能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，A、B对，D错．永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C对．二、能量守恒定律的应用1．能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初＝E末．(2）从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减．（3)从能的转移角度看，ΔEA增＝ΔEB减．2．能量守恒定律应用的关键步骤：(1)明确研究对象和研究过程．（2）找全参与转化或转移的能量,明确哪些能量增加，哪些能量减少．(3）列出增加量和减少量之间的守恒式．例2如图1所示，皮带的速度是3m/s，两圆心的距离s＝4.5m，现将m＝1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上,物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求:（g取10m/s2)图1(1)小物体获得的动能Ek；(2）这一过程摩擦产生的热量Q；（3)这一过程电动机消耗的电能E。答案（1）4.5J(2）4.5J（3）9J解析（1）设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s′.μmgs′＝eq\f（1,2)mv2，解得s′＝3m〈4。5m，即物体可与皮带达到共同速度,此时Ek＝eq\f（1,2）mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2,由v＝at得t＝2s，则Q＝μmg（vt－s′)＝0。15×1×10×(6－3）J＝4。5J.(3）由能量守恒知E电＝Ek＋Q＝4.5J＋4。5J＝9J.三、功能关系的理解与应用1．功和能的关系可以从以下两个方面来理解（1)不同形式的能量之间的转化通过做功来实现，即做功的过程就是能量转化的过程;（2)做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式，即能量转化的多少可用做功的多少来度量．2．常用的几种功能关系功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少重力势能变化WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少弹性势能变化W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1负功动能减少除重力(或系统内弹力）外其他力做功正功机械能增加机械能变化W其他＝ΔE＝E2－E1负功机械能减少两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能变化Ffx相对＝Q例3如图2所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中（)图2A．重力做功2mgRB．机械能减少mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功eq\f(1,2)mgR答案D解析重力做功与路径无关，所以WG＝mgR,选项A错；小球在B点时所受重力提供向心力，即mg＝meq\f(v2，R),所以v＝eq\r(gR),从P点到B点，由动能定理知：W合＝eq\f(1，2)mv2＝eq\f（1,2）mgR，故选项C错;根据能量守恒知：机械能的减少量为｜ΔE|＝｜ΔEp|－|ΔEk｜＝eq\f(1，2）mgR，故选项B错；克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项D对．1．(能源的利用）关于能源的开发和应用,下列说法中正确的是（）A．能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B．化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭C．在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大,既变废为宝，减少污染，又大量节约能源D．随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭答案C解析能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代,利在千秋，C正确;无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D错误．故选C。2．(功能关系）在高台跳水比赛中,质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力(包含浮力）而竖直向下做减速运动，设水对她的阻力大小恒为F,则在她减速下降深度为h的过程中,下列说法正确的是（g为当地的重力加速度）(）A．她的动能减少了FhB．她的重力势能减少了mghC．她的机械能减少了(F－mg）hD．她的机械能减少了mgh答案B3．（功能关系)如图3所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块,并最终留在木块中与木块一起以速度v运动．已知当子弹相对木块静止时,木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d,若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则下列关系式中错误的是()图3A．Ffl＝eq\f（1，2）Mv2B．Ffd＝eq\f（1,2)Mv2C．Ffd＝eq\f（1,2）mveq\o\al（2，0）－eq\f(1，2)（M＋m)v2D．Ff（l＋d)＝eq\f(1，2)mveq\o\al(2，0)－eq\f（1,2）mv2答案B解析画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为l＋d。由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为Ff.子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得Ff·l＝eq\f（1,2）Mv2 ①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得－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故选B.4．(能量守恒定律的应用）如图4所示，质量为m的物块与水平面间的动摩擦因数为μ，物块压缩弹簧至A点由静止释放,到B点时对圆弧轨道的压力为5mg，已知A、B间的水平距离为L，圆弧轨道半径为R，求释放物块时弹簧的弹性势能．图4答案μmgL＋2mgR解析在B点，由牛顿第二定律,FN－mg＝meq\f(v2,R） ①其中FN＝5mg ②从A至B的过程中,由能量守恒定律:Ep＝μmgL＋eq\f（1,2)mv2 ③由①②③得：Ep＝μmgL＋2mgR.课时作业一、单选题1．下列说法正确的是（)A．随着科技的发展，永动机是可以制成的B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C．“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的D．有种“全自动”手表,不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的答案C2．利用能源的过程实质上是(）A．能量的消失过程B．能量的创造过程C．能量不守恒的过程D．能量转化或转移并且耗散的过程答案D解析利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A、B、C错误，D正确．3．关于能量耗散，下列说法中正确的是（)A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了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过程中,能量在数量上越来越少D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性答案D解析能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故选D.4．能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则．下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是(）A．家电尽量长时间待机B．用节能灯替换白炽灯C．楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制D．不要清除冰箱内的冰、霜答案B解析待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电,故A错误；用节能灯替换白炽灯,可节约用电，故B正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制，才属于科学、合理地节约用电，故C错误;清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率，才属于科学、合理地节约用电，故D错误．5．如图1所示，小余同学开始时站在秋千的踏板上,通过自己的努力将秋千越荡越高,对此过程，下列说法正确的是()图1A．机械能减少B．机械能增加C．机械能保持不变D．风能转化成了机械能答案B6。如图2所示，轻质弹簧长为L，竖直固定在地面上，质量为m的小球，在离地面高度为H处，由静止开始下落，正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x，在下落过程中，小球受到的空气阻力为F阻，则弹簧在最短时具有的弹性势能为（)图2A．（mg－F阻）(H－L＋x)B．mg（H－L＋x）－F阻(H－L）C．mgH－F阻（H－L）D．mg(L－x）＋F阻（H－L＋x）答案A解析设小球克服弹力做功为W弹，则对小球应用动能定理得（mg－F阻)（H－L＋x)－W弹＝ΔEk＝0，所以，W弹＝（mg－F阻）（H－L＋x），即为弹簧在最短时具有的弹性势能．7.如图3所示为低空跳伞表演，假设质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用,下落的加速度为eq\f（4,5)g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是（）图3A．运动员的重力势能减少了eq\f（4,5）mghB．运动员的动能增加了eq\f（4,5）mghC．运动员克服阻力所做的功为eq\f（4,5)mghD．运动员的机械能减少了eq\f(4，5）mgh答案B解析在运动员下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故A错误;根据牛顿第二定律得，运动员所受的合力为F合＝ma＝eq\f（4,5）mg，则根据动能定理得，合力做功为eq\f(4,5）mgh，则动能增加了eq\f(4,5)mgh，故B正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功为mgh，则克服阻力做功eq\f(1，5)mgh，故C错误;重力势能减少了mgh,动能增加了eq\f(4,5）mgh，故机械能减少了eq\f(1，5）mgh，故D错误．8．两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上,两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块,穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为QA、QB,设木块对子弹的摩擦力大小一定，则（)A．vA〉vB，QA>QBB．vA〈vB，QA＝QBC．vA＝vB，QA<QBD．vA〉vB，QA＝QB答案D解析两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力Ff相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Q＝FfΔx相同，根据能量守恒定律有：eq\f（1，2）mv2＝QA＋eq\f(1，2）mveq\o\al（2,A)，eq\f（1，2)mv2＝QB＋eq\f(1，2）mveq\o\al(2，B）＋eq\f（1，2）mBv′2，由以上两式可知vA>vB,综上所述选项D正确．9．如图4所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参考系，A和B都向前移动一段距离，在此过程中（）图4A．外力F做的功等于A和B动能的增加量B．B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增加量C．A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功D．外力F对B做的功等于B的动能的增加量与AB间产生的热量之和答案B10.如图5所示，质量为m的物体从倾角为30°的斜面上由静止开始下滑s，物体与斜面之间的动摩擦因数μ＝eq\f(\r（3)，4），下列说法中正确的是()图5A．物体的动能增加eq\f(1，4)mgsB．物体的重力势能减少eq\f(1，8）mgsC．物体克服阻力所做的功为eq\f（3,8)mgsD．物体的机械能减少eq\f（1，2)mgs答案C解析根据动能定理得:动能增加量ΔEk＝mgssin30°－μmgcos30°·s＝eq\f(1，8）mgs，故A错误．物体的重力势能减少ΔEp＝mgssin30°＝eq\f（1,2）mgs，故B错误．物体克服阻力所做的功为Wf＝μmgcos30°·s＝eq\f(3,8)mgs,故C正确．根据功能关系知，机械能减少ΔE＝Wf＝eq\f（3，8）mgs.故D错误．二、非选择题11。如图6所示,滑块从A点由静止开始沿曲面下滑，过O点后滑上右边曲面B点