高中物理 第七章 机械能守恒定律 第21课时 能量守恒定律与能源学案新人教版必修2

1、学案21 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.能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题.3.了解能量耗散，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识【学习任务】一、能量守恒定律问题设计 1在验证机械能守恒定律的实验中，重物带着纸带下落时，计算结果发现，减少的重力势能的值大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少原因就是存在纸带和打点计时器之间的摩擦力和空气的阻力等是不是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢？2请说明下列现象中能量是如何转化的？(1)植物进行光合作用(2)放在火炉旁的冰融化变热

2、(3)电流通过灯泡，灯泡发光 要点提炼1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2能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初E终(2)从能的转化角度看，E增E减(3)从能的转移角度看，EA增EB减二、能源和能量耗散问题设计既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？ 要点提炼1能源：指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会活动的物质基础2能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象(1)能量耗散表明，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

3、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这是能源危机的深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因(2)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三、功能关系的理解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量度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WGEpEp1Ep2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EpEp1Ep2负

4、功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化W合EkEk2Ek1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EE2E1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注意 功和能的本质不同，并且功和能也不能相互转化，而只能是通过做功实现能量的转化一、对能量守恒定律的理解例1 下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )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，说明机械能消失了二、能量守恒定律的应用例2 如图1所

5、示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m.在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，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为( )图1A.mgh B.mghC.mgh D.mgh三、对功能关系的理解及应用例3 如图2所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，求这个过程中图2(1)系统产生的热量；(2)小铁块增加的动能

6、；(3)长木块减少的动能；(4)系统机械能的减少量【补充学习材料】1(对能量守恒定律的理解)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2(能量守恒定律的应用)一颗子弹以某一速度击中静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是( )A子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量C子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子弹增加的内能之和3(对功能关系的理解)某人将重物由静止开始举高h，并使物体获得速度v，

7、则下列说法中不正确的是( )A物体所受合外力对它做的功等于物体动能的增加B此人对物体做的功等于物体动能和重力势能的增加量C物体所受合外力做的功等于物体动能和重力势能的增加量D克服重力做的功等于物体重力势能的增加量4(功能关系的应用)如图3所示，斜面的倾角为，质量为m的滑块距挡板P的距离为s0，滑块以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为，滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过的总路程图3【实验班特供题组】题组一 对能量守恒定律的理解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，

8、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2市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图1所示)在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽该装置的能量转化情况是( )图1A太阳能电能机械能B太阳能机械能电能C电能太阳能机械能D机械能太阳能电能3行驶中的汽车制动后滑行一段距离，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上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )A物体克服阻力做功B物体的动能转化为其他形式的能量C物体

9、的势能转化为其他形式的能量D物体的机械能转化为其他形式的能量4在最近几年的空调市场上出现一个新宠变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的57倍空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是( )A变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律B变频空调运行中做功少，转化能量多C变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电D变频空调与

10、定频空调做同样功时，消耗同样电能题组二 对能源的开发与利用的理解5关于能源的利用，下列说法不正确的是( )A自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度C煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应D能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的6关于能源的开发和节约，你认为以下观点错误的是( )A能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现C能源的开发利用，必须要同时考虑对环境的影响D和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径7关于能量耗散，下列说法中正确的是( )A

11、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题组三 对功能关系的理解8将质量为m的小球在距地面高度为h处抛出抛出时的速度大小为v0，小球落到地面时的速度大小为2v0.若小球受到的空气阻力不能忽略，则对于小球下落的整个过程中，下列说法正确的是( )A小球克服空气阻力做的功小于mghB重力对小球做的功等于mghC合外力对小球做的功小于mvD合外力对小球做的功等于mv9悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术跳

12、水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)( )A他的动能减少了(Fmg)hB他的重力势能减少了mghmv2C他的机械能减少了FhD他的机械能减少了mgh10如图2为我国交通运输部北海救助飞行队直升机在执行救助任务直升机通过绳索用恒力F竖直向上拉起救助官兵和被困人员，使其由水面开始加速上升到某一高度，若考虑空气阻力而不考虑空气浮力，则在此过程中，以下说法不正确的有( )图2A力F和阻力的合力所做的功等于两人机械能的增量B两人克服重力所做的功等于两人重力势能的

13、增量C力F、重力、阻力三者合力所做的功等于两人动能的增量D力F所做功减去克服阻力所做的功等于两人重力势能的增量题组四 能量守恒定律的应用11一质量为2 kg的物块从离地80 m高处自由落下，测得落地速度为30 m/s，求下落过程中产生的内能(g取 10 m/s2)12如图3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点时的速度恰好等于零，O点附近光滑，滑块经过O点不发生碰撞若滑块从B点以某一速度v沿原路径往回滑，到达A点时的速度也恰好为零，求A、B两点间的高度差(假设滑块从A到B与从B到A因摩擦而产生的内能相同)图3学案22 章末总结 课时编号：7.11.1 【学习目标】1.通

14、过习题掌握规律2.深入认识功和能【学习任务】一、功和功率的计算1功的计算方法(1)定义法求功：恒力对物体做功大小的计算式为WFlcos ，式中为F、l二者之间的夹角由此可知，恒力做功大小只与F、l、这三个量有关，与物体是否还受其他力、物体的运动状态等因素无关(2)利用功率求功：此方法主要用于在发动机功率保持恒定的条件下，求牵引力做的功(3)利用动能定理或功能关系求功2功率的计算方法(1)P：此式是功率的定义式，适用于任何情况下功率的计算既适用于人或机械做功功率的计算，也适用于一般物体做功功率的计算；既适用于合力或某个力做功功率的计算，也适用于恒力或变力做功功率的计算；一般用于求解某段时间内的平

15、均功率(2)PFv：当v是瞬时速度时，此式计算的是F的瞬时功率；当v是平均功率时，此式计算的是F的平均功率注意 求平均功率选用公式P和PFv均可，但必须注意是哪段时间或哪一个过程中的平均功率；求瞬时功率通常选用公式PFv，必须注意是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率例1 物体在合外力作用下做直线运动的vt图象如图1所示，下列表述不正确的是( )图1A在00.5 s内，合外力的瞬时功率逐渐增大B在02 s内，合外力总是做负功C在0.5 s2 s内，合外力的平均功率为零D在03 s内，合外力所做总功为零二、对动能定理的理解与应用动能定理一般应用于单个物体，研究过程可以是直线运动，也可以是曲线运动；既

16、适用于恒力做功，也适用于变力做功；既适用于各个力同时作用在物体上，也适用于不同的力分阶段作用在物体上，凡涉及力对物体做功过程中动能的变化问题几乎都可以使用，但使用时应注意以下几点：1明确研究对象和研究过程，确定初、末状态的速度情况2对物体进行正确的受力分析(包括重力、弹力等)，弄清各力做功大小及功的正、负情况3有些力在运动过程中不是始终存在，物体运动状态、受力等情况均发生变化，则在考虑外力做功时，必须根据不同情况分别对待，正确表示出总功4若物体运动过程中包含几个不同的子过程，解题时，可以分段考虑，也可视为一个整体过程考虑，列出动能定理方程求解例2 汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为

17、5103 kg，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车的重力的0.05倍，若汽车始终保持额定功率不变，取g10 m/s2，则从静止启动后，求：(1)汽车所能达到的最大速度是多大？(2)当汽车的加速度为1 m/s2时，速度是多大？(3)如果汽车由启动到速度变为最大值后，马上关闭发动机，测得汽车在关闭发动机前已通过624 m的路程，求汽车从启动到停下来一共经过多少时间？三、对机械能守恒定律的理解与应用应用机械能守恒定律解题，重在分析能量的变化，而不太关注物体运动过程的细节，这使问题的解决变得简便1守恒条件：只有重力或弹力做功，系统内只发生动能和势能之间的相互转化2表达式：(1)状态式Ek1Ep1Ek2E

18、p2，理解为物体(或系统)初状态的机械能与末状态的机械能相等(2)变量式EkEp，表示动能与势能在相互转化的过程中，系统减少(或增加)的动能等于系统增加(或减少)的势能EA增EB减，适用于系统，表示由A、B组成的系统，A部分机械能的增加量与B部分机械能的减少量相等例3 如图2所示，物体A质量为2m，物体B质量为m，通过轻绳跨过定滑轮相连斜面光滑，且与水平面成30，不计绳子和滑轮之间的摩擦开始时A物体离地的高度为h，B物体位于斜面的底端，用手托住A物体，A、B两物体均静止撤去手后，求：图2(1)A物体将要落地时的速度多大？(2)A物落地后，B物由于惯性将继续沿斜面上升，则B物在斜面上的最远点离地

19、的高度多大？四、功能关系的应用利用功能关系解决物理问题是常用的解题手段，本章常见的几对功能关系如下：1重力做功与重力势能：(1)表达式：WGEp.(2)物理意义：重力做功是重力势能变化的原因(3)含义：WG0，表示势能减少；WG0，表示势能增加；WG0，表示势能不变2弹簧弹力做功与弹性势能：(1)表达式：W弹Ep.(2)物理意义：弹力做功是弹性势能变化的原因(3)含义：W弹0，表示势能减少；W弹0，表示势能增加；W弹0，表示势能不变3合力做功与动能：(1)表达式：W合Ek.(2)物理意义：合外力做功是物体动能变化的原因(3)含义：W合0，表示动能增加；W合0，表示动能减少；W合0，表示动能守恒

20、4除重力或系统弹力外其他力做功与机械能：(1)表达式：W其他E.(2)物理意义：除重力或系统弹力外其他力做功是机械能变化的原因(3)含义：W其他0，表示机械能增加；W其他0，表示机械能减少；W其他0，表示机械能守恒例4 节日燃放礼花弹时，要先将礼花弹放入一个竖直的炮筒中，然后点燃礼花弹的发射部分，通过火药剧烈燃烧产生的高压燃气，将礼花弹由炮筒底部射向空中，若礼花弹在由炮筒底部击发至炮筒口的过程中，克服重力做功W1，克服炮筒阻力及空气阻力做功W2，高压燃气对礼花弹做功W3，则礼花弹在炮筒内运动的过程中(设礼花弹发射过程中质量不变)( )A礼花弹的动能变化量为W3W2W1B礼花弹的动能变化量为W3

21、W2W1C礼花弹的机械能变化量为W3W1D礼花弹的机械能变化量为W3W2W1五、能量守恒定律的应用用能量守恒定律去分析、解决问题往往具有简便、适用范围广等优点，在学习中应增强利用能量守恒定律解题的意识，应用此规律时应注意1要研究系统中有哪些力在做功，有哪些形式的能在发生转移、转化2某种形式的能的减少，一定伴随着其他形式的能的增加，且增加量一定等于减少量，即E增E减例5 如图3所示，由理想电动机带动的水平传送带匀速运动，速度大小为v，现将一小工件放到传送带左端点上设工件初速为零，当它在传送带上滑动一段距离后速度达到v，而与传送带保持相对静止设工件质量为m，它与传送带间的动摩擦因数为，左右端点相距L，则该电动机每传送完一个工件消耗的电能为( )图3Amgl B.mv2Cmglmv2 Dmv2【补充学习材料】1(功率的计算