高中物理第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源学案解析版新人教版必修2

第10节能守定与源一、能量守恒定律1．建立能量守恒定律的两个重事实确认了永动机的不可能性。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。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。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用。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．能量转化的方向性与节约能的必要性能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性。所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。1．自主思考——判一判当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多。√)做功越多，能量的转化也越多。(√)外力对物体不做功，这个物体就没有能量。(×)煤、石油、天然气属于常规能源。√)电能、焦炭、氢能属于一次能源。(×)冒起的煤烟和散开的炭灰可以重新合成一堆煤炭。2．合作探究——议一议(1)一叫丹尼斯·(Dennis的美国人在《美国今日闻刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机。你认为这种发电机能造出来吗？提示：不能。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的规律之一，物体间只能发生能量的转化或转移，但总能量不变，任何事物都不可能违背能量守恒定律。丹尼斯·李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违背了能量守恒，因此这种发电机不能制造出来。(2)如图所示是我国能源结构的计图，请根据此图数据完成下面两个问题：总结出我国能源结构或能源现状的规律。试着提出解决这种现状的合理化建议。提示：①我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小。②建议：节能降耗；开发新能源；开发可再生能(如太阳能、风能等。能量守恒定律的应用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．表达式(1)＝，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。(2)Δ＝，加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量。3．应用步骤明确研究对象及研究过程。明确该过程中，哪些形式的能量在变化。确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少。列出增加的能量和减少的能量之间的守恒(初、末状态能量相等的守恒)。[典例]如所示，一个粗细均匀的管内装有同种液体，液体质量为m。在口右端用盖板A密闭两边液面高度差为形管内液体的总长度为4，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能()111A.B.C.mgh1684

1D.2[审题指导(1)管内液体至最终停止运动时液体的重力势能减小了。(2)系统机械能的减少量等于系内能的改变量。[解]

去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减1少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧的柱移到左侧管中，2111即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则＝·h，故A正。8216[答案]A利用能量转化与转移解题的两点注意能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。1．(多选行中的汽车制动后行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程)．物体克服阻力做功．物体的动能转化为其他形式的能量．物体的势能转化为其他形式的能量．物体的机械能转化为其他形式的能量解析：选AD这个现象中物运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功正。四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能D正。2.（多选）一根轻弹簧，上端固，下端栓一个重物，处于静止状态，如图所示。现用外力把它缓慢向下拉一段距离，则以下说法正确的()．向下拉的某段过程中，重力势能的减少量可能大于弹性势能的增加量．向下拉的任一段过程中，重力势能的减少量一定小于弹性势能的增加量．撤去拉力，重物P在一段运动过程中，重力势能的增加量一定等于弹性势能的减少量．撤去拉力，重物P在段运动过程中，重力势能的增加量可能等于弹性势能的减少量解析：选BD向拉的某段过中，弹簧的拉力等于重力和外力的和，重力势能的减少量一定小于弹性势能的增加量，故A误B正确撤去拉力，重物P在运动过程中，重力和222222弹簧的弹力做功，弹性势能的减小量等于重力势能的增加量和重物动能的增加量的和，故C错误；撤去拉力后，若某段运动过程中，重的能变化量为0，则重力势能增加量等于弹性势能的减小量，故D正确对功能关系的理解1．功与能量的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或移)的过程，且做了多少，就有多少能量发生转化或转)。因此，功是能量转化的量度。2．功与能的关系由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：功重力做功弹力做功合力做功其他力做功

正功负功正功负功正功负功正功负功

能的变化重力势能减少重力势能增加弹性势能减少弹性势能增加动能增加动能减少机械能增加机械能减少

表达式W＝E－W＝E－W＝E－W＝E－注：其他力指的是重力和系统内弹力之外的力。[典例](多选竖直向上的恒力F作用质量为m的体上，A从止开始运动，升高h，速度达到v，在这个过中，设阻力恒为。下列表述正确的是()1A．恒力F对物体做的功等于物体机械能的增量即＝mv＋21B．恒力F与阻力F对体做的功等于物体机械能的增量，(F－)＝＋mgh1C．物体所受合力的功，等于物机械能的增量，－－)＝mv＋1D．物体所受合力的功，等于物动能的增量，F－－mg)＝[解析]本中，施恒力F的物体是所述过程能量的总来源。速运动过程终结时，物体的动能、重力势能均得到增加。除此之外，在所述过程中，因阻力的存在，还将有内能产11生，其量值为F，可见>mv，同时Fh>mv＋。选项B的含意为：物体所受除重力、22弹簧弹力以外的力对物体做的功等于物体机械能的增量，这个结果，通常又称之为功能原理。选项D为能定理的具体表述。说表述各有不同，但都是能量守恒的具体反映。[答案]BD应用功能关系解题的关键应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义：重力做功是物体重力势能变化的原因，重力做多少功，重力势能就减少多少；弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因，弹力做多少功，弹性势能就减少多少；合力做功是物体动能变化的原因，合力做多少功，动能就增加多少；除重力和系统内弹力之外的其他力做功是机械能变化的原因，其他力做多少功，机械能就增加多少。1.一盛水袋，某人从侧面缓慢装液体的袋壁使它变形至如图所示位置，则此过程中袋和液体的重心()A．逐渐升高B．逐渐降低C．先降低再升高D．始终不变解析：选A人液体做正功，液体的机械能增加，液体缓慢移动可以认为动能不变，重力势能增加，重心升高，A正。．(多选)一质量为m的体，在地面高h处的加速度由静止竖直下落到地面，下列说法中正确的()1A．物体的重力势能减少mgh32B．物体的机械能减少31C．物体的动能增加3D．物体的重力做的功为解析：选BCD物从高落到地面的过程中，重力做的功为m，重力势能减少，111选项A错，正；物体的加度为g故合外力为，合外力做的功为，根据动能33311定理，物体的动能增加mgh，选项正确物体的重力势能减少mgh，动能增加，故机械32能减少了mgh，选项正确。3，，摩擦力做功与能量的关系[典例]如所示，电动机带动水平传送带以速度匀速动，一质量为m的木块由静止轻放在传送带上。若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，求：小木块的位移。传送带转过的路程。小木块获得的动能。摩擦过程产生的热量。电动机带动传送带匀速转动输出的总能量。[解析]小块刚放上传送带时，速度为，受到传送带的滑动摩擦力作用，做匀加速直线运动，达到与传送带相同的速度后不再受摩擦力。整个过程中小木块获得一定的动能，系统内因摩擦产生一定的热量。(1)对小木块，相对滑动时，由＝，得＝μg，由＝，得小木块与传送带相对静止时所用的时间＝

vμg1v则小木块的位移l＝at＝。22v(2)传送带始终匀速运动，转过路程s＝＝。μg1(3)小木块获得的动能E＝mv2

。1(4)摩擦过程产生的热量Q＝μmg－l)＝。2(5)由能的转化与守恒得，电动输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦产生的热量，所以E＝＋Q＝mv。v11[答案](1)(2)(3)mv(4)(5)2μg221．摩擦力做功特点(1)无论是静摩擦力还是滑动摩力，它们都可以做负功或做正功，也可以不做功。(2)互为作用力和反作用力的一静摩擦力所做的总功为零；而互为作用力和反作用力的一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值。2．因摩擦而产生的内能的计算Q＝·，中F指动摩擦力的大小x指发生摩擦的物体间的相对位移的小。1．(多选如所示，在光滑水面上放一辆小车，小车的左端放一只箱子，在水平恒力F作用，将箱子从小车右端拉出，如果第一次小车被固定于地面，第二次小车不固定，小车在摩擦力作用下可沿水平面运动，在这两种情况()．摩擦力大小不相等．所的功不相等．摩擦产生的热量相等．箱子增加的动能相等解析：选BC小固定时，箱的位移等于小车的长度，设为L；小车不固定时，小车相对地面的位移设为，则箱子的位移为x＋。两种情况下，滑动摩擦力F等于μmg，做的功分别为W＝FL＝(＋L)产生的热量Q都于L增的动能分别为Δ＝()，Δ－)×(＋)。故选项B、C正确。2．足够长的传送带以速度v匀传动，一质量为m的小体A由止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图所示，当物体传送带相对静止时，转化为内能的能量()A．1C.4

B．21D.2解析：选D物A被放于传送带上即做匀加速直线运动，加速＝＝μg匀加mvv速过程前进的距离x＝＝。该时间内传送带前进的距离＝＝·＝。以物22μgμgμgvv1体相对传送带滑动距离Δ＝x＝产的内能·Δ＝μmg＝mv，2μg2μg2D正。3．如图所示，在光滑水平地面放置质量＝2kg的长板，木板上表面与固定的光滑弧面相切。一质量m＝1kg的滑块自弧面上高h处由止自由下，在木板上滑行＝1s后，滑块和木块以共同速度v