高中物理第七章机械能守恒定律10能量守恒定律与能源讲义新人教版

10能量守恒定律与能源第七章

机械能守恒定律学习目标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.考试要求学考选考cd内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关自主预习一、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

(填“可能”或“不可能”)性.(2)发现了各种自然现象之间能量的

与

.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___

为另一种形式，或者从一个物体

到别的物体，在

或

的过程中，能量的总量

.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

、最

、最

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.不可能相互联系转化转化转移转化转移保持不变普遍重要可靠二、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、

时期、

时期.自工业革命以来，煤和

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_________

聚集起来供人类重新利用.煤炭石油石油再次自动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

了，从便于利用的变成___________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

性，所以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源.降低不便于利用方向答案即学即用1.判断下列说法的正误.(1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多.(

)(2)做功越多，能量的转化也越多.(

)(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.(

)√√√××答案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.1.2J内重点探究一、能量守恒定律的理解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？导学探究答案答案

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.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.答案答案

光能转化为化学能(2)放在火炉旁的冰融化变热.答案

内能由火炉转移到冰(3)电流通过灯泡，灯泡发光.答案

电能转化为光能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.知识深化例1

(多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，则A.在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B.在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C.在水平面上滚动时，总能量正在消失D.在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒解析

在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的，故选A、D.√√答案解析二、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.答案例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)解析图1(1)小物体获得的动能Ek；答案

4.5J解析

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′.即物体可与皮带达到共同速度，此时答案解析图1(2)这一过程摩擦产生的热量Q；答案

4.5J解析

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.答案(3)这一过程电动机多消耗的电能E.解析答案

9J图1解析

由能量守恒知，这一过程电动机多消耗的电能E＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.例3

(2018·台州中学高二下学期期中考试)一弹珠弹射玩具模型如图2所示，水平粗糙管AB内装有一轻弹簧，左端固定.竖直放置的光滑管道BCD，其中CD为半径R＝0.1m的四分之一圆周，C点与地面间的高度H＝0.1m，用质量m1＝0.2kg的弹珠(可看成质点)将弹簧缓慢压缩到某一确定位置M，弹珠与弹簧不固连，由静止释放后弹珠恰能停在D点.用同种材料、质量m2＝0.1kg的弹珠仍将弹簧缓慢压缩到M点再由静止释放，弹珠由D点飞出后落在与D点正下方D′点相距x＝0.8m处.求：(g取10m/s2，不计空气阻力)图2(1)弹珠m2从D点飞出时的速度大小；答案

见解析答案解析图2解析

弹珠m2由D点飞出后做平抛运动，有得t＝0.2s(2)弹簧被缓慢压缩到M点时储存的弹性势能；答案

见解析答案解析图2解析

弹珠从释放到D点的过程，由能量守恒定律得：释放m1的过程，有Ep＝μm1gxMB＋m1g(H＋R)释放m2的过程，有Ep＝μm2gxMB＋m2g(H＋R)＋

m2vD2

解得Ep＝1.6J(3)保持弹珠m2仍将弹簧缓慢压缩到M点，改变H的高度，从D点飞出后落点与D点正下方D′点的距离x′是不同的，求x′的最大值.答案

见解析答案解析图2由数学知识得xm′＝1m.在涉及弹性势能等多种形式的能量转化问题中，用能量守恒的思想解题可以化繁为简.技巧点拨三、功能关系的理解与应用1.功能关系概述(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量转化的过程.(2)功是能量转化的量度.做了多少功，就有多少能量发生转化.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，具体功能关系如下表：功能量转化关系式重力做功重力势能的改变WG＝－ΔEp弹力做功弹性势能的改变WF＝－ΔEp合外力做功动能的改变W合＝ΔEk除重力、系统内弹力以外的其他力做功机械能的改变W＝ΔE机两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能的改变Ff·x相对＝Q答案解析例4如图3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3√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＝m，所以v＝

，从P点到B点，由动能定理知：W合＝

mv2＝

mgR，故选项C错；根据能量守恒知：机械能的减少量为|ΔE|＝|ΔEp|－|ΔEk|＝

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.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：(1)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；(2)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；(3)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；(4)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.规律总结答案解析针对训练

如图4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

g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是图4√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＝

mg，则根据动能定理得，合力做功为

mgh，则动能增加了

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

mgh，故C错误；重力势能减少了mgh，动能增加了

mgh，故机械能减少了

mgh，故D错误.达标检测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√1234答案解析解析

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.1234A.选手从开始跳下到入水的时间等于2秒B.选手在空中下落过程中重力势能增大C.选手在空中下落过程中动能增大D.选手在空中下落过程中机械能增大2.(功能关系)(2018·新昌中学高三选考适应性考试)如图5所示为一选手从距离水面高为20米的悬崖上跳下，选手受到的空气阻力跟速度成正比(g取10m/s2)，则以下说法正确的是答案√图512343.(功能关系)(2018·杭西高高一4月测试)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿势下滑了一段距离，重力对他做功1900J，他克服阻力做功100J.韩晓鹏在此过程中A.动能增加了1900JB.动能增加了2000JC.重力势能减小了1900JD.机械能减小了2000J答案√12344.(能量守恒定律的应用)如图6所示，质量为m的物块