优化方案高中物理 第七章 机械能守恒定律 第十节 能量守恒定律与能源学案 新人教版必修2.doc

第十节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定的两个重要事实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生用书p91一、能量守恒定律(阅读教材p81)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拓展延伸(解疑难)能量守恒定律的意义1确认了永动机是不可能制成的2反映了自然现象的普遍联系3普遍性：能量守恒定律是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍4能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一1.(1)随着科技的发展，永动机是可以制成的()(2)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()(3)在水平路面行驶的汽车，关闭油门后慢慢停下来，说明能量正在消失()(4)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，说明能量可以凭空产生()提示：(1)(2)(3)(4)二、能源和能量耗散(阅读教材p82)1能量耗散燃料燃烧时把自己的热量释放出去，电池中的化学能转化为电能，它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2能量转化的方向性与节约能源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拓展延伸(解疑难)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，能量在数量上并未减少，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2.(1)能量能从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体()(2)能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散()(3)既然能量守恒，所以不必担心会发生“能源危机”()提示：(1)(2)(3)能量守恒定律的应用学生用书p92 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)e初e末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和(2)e增e减，增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(1)明确研究对象及研究过程(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少(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)特别提醒：(1)机械能守恒定律实际上是能量守恒定律的一种特殊形式(2)应用能量守恒定律解题时，一定要分清系统中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移(自选例题，启迪思维)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()a机械能守恒b能量正在消失c只有动能和重力势能的相互转化d减少的机械能转化为内能，但总能量守恒解析自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能减少，摩擦阻力对秋千做负功，使减少的机械能转化为内能，正确选项为d，a、b、c错误答案d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光焰；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解析这三个现象中物体运动过程中都受到运动阻力，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，选项a正确；三个物体运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，选项d正确答案ad(2014高考广东卷)如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中和为楔块，和为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()a缓冲器的机械能守恒b摩擦力做功消耗机械能c垫板的动能全部转化为内能d弹簧的弹性势能全部转化为动能解析由于车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功，所以缓冲器的机械能减少，选项a错误、b正确；弹簧压缩的过程中，垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能，选项c、d错误答案b规律总结不同形式的能量可以相互转化，在转化过程中能量的总量保持不变，明确能量的转化形式是解题的关键对功与能关系的理解学生用书p92 1功是能量转化的量度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(或转移)的过程且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)，因此，功是能量转化的量度2不同形式的能量变化与不同的功对应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wgep1ep2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ep1ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化w合ek2ek1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外e2e1负功机械能减少特别提醒：(1)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(2)以系统为研究对象时，内力做功的过程也伴随着能量的转移或转化(自选例题，启迪思维)一个盛水袋，某人从侧面缓慢推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将()a逐渐升高b逐渐降低c先降低再升高 d始终不变解析人对液体做正功，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正确答案a(2015桂林高一检测)如图所示，高h2 m的曲面固定不动一个质量为1 kg的物体，由静止开始从曲面的顶点滑下，滑到底端时的速度大小为4 m/s.g取10 m/s2.在此过程中，下列说法正确的是()a物体克服摩擦力做功20 jb物体的动能增加了8 jc物体的重力势能减少了20 jd曲面对物体的支持力对物体不做功解析根据动能定理得mghwfmv2142 j8 j，b对其中重力做功wgmgh1102 j20 j，故重力势能减少20 j，c对所以摩擦力做功wf8 j20 j12 j，a错支持力始终与物体的速度垂直，故支持力不做功，d对答案bcd如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮质量分别为m、m(mm)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()a两滑块组成系统的机械能守恒b重力对m做的功等于m动能的增加c轻绳对m做的功等于m机械能的增加d两滑块组成系统的机械能损失等于m克服摩擦力做的功解析由于斜面ab粗糙，在两滑块沿斜面运动的过程中，两滑块组成系统的机械能不守恒，选项a错误由动能定理，重力对m做的功大于m动能的增加，选项b错误由功能关系，轻绳对m做的功等于m机械能的增加，选项c正确由功能关系可知，两滑块组成系统的机械能损失等于m克服摩擦力做的功，选项d正确答案cd总结提升应用功能关系解题的基本步骤(1)明确研究对象(2)分析物体的运动过程并画图展示(3)分析力对研究对象的做功情况和能量转化形式(4)根据动能定理或能量守恒定律列方程求解学生用书p93典型问题“摩擦生热”问题的求解1静摩擦力做功不会引起系统机械能的变化静摩擦力做功的过程是系统中物体间的机械能发生转移的过程，不产生热量2滑动摩擦力做功一定会引起系统机械能的变化滑动摩擦力做功，一是会引起系统中物体间机械能的转移，二是会引起系统总机械能的减少，部分机械能转化为内能，产生热量范例足够长的传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小物体a由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为 ()amv2b2mv2c.mv2 d.mv2解析物体a被放于传送带上即做匀加速直线运动，加速度ag，匀加速过程前进的距离x1.该时间内传送带前进的距离x2vtv.所以物体相对传送带滑动距离xx2x1.故产生的内能qmgxmgmv2，d正确答案d名师点评(1)滑动摩擦力做功时，机械能转化为内能(2)一对滑动摩擦力做功产生的内能为qffx相，其中ff指滑动摩擦力大小，x相指发生相对滑动的物体间的相对位移 如图所示，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水平射中木块，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l，子弹进入木块的深度为s.若木块对子弹的阻力ff视为恒定，则在此过程中产生的热量()aqff(ls) bqmvmv2cqffs dqmv(mm)v2解析：选cd.对木块：fflmv2对子弹：ff(ls)mv2mv联立可得，ffsmv(mm)v2依据能量转化和守恒定律，qmv(mm)v2产生的热量qffs，故c、d正确学生用书p94随堂达标1关于能量和能源，下列说法中正确的是()a由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源b在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少c能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性d人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造解析：选b.自然界的总能量是守恒的，能量只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，能量不可能被创造；在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，能量耗散使能量的利用品质降低了，能量转化具有方向性，因此要节约能源，故b正确，a、c、d错误2.(2015眉山一中高一检测)如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是()a重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小b重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变c重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加d重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变解析：选b.由能量转化和守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故a、c均错误；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故d错误；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有b正确3(2015吉安高一检测)设想在一间与外界绝热的房间里，有一台正在工作的电冰箱，如果电冰箱的门是开着的，那么室内的温度将()a升高 b降低c不变 d都有可能解析：选a.电冰箱是利用制冷剂，如氟利昂从箱内蒸发器处吸热而汽化后，到箱外冷凝器中放热液化，然后又到蒸发器中吸热汽化如此循环而制冷的由于蒸发器温度低，冷凝器温度高，制冷过程中，全靠压缩机将蒸发器中的氟利昂抽出再压缩到冷凝器中，以实现热量从低温物体传递到高温物体其中压缩机对氟利昂蒸汽做了功电能转化为内能，所以制冷剂从蒸发器吸收的热量比整台冰箱放出的热量要少，房间又是绝热的，故室内温度升高故a正确，b、c、d均错4(2015合肥高一检测)质量为m的物体在竖直向上拉力f的作用下从静止出发以2g的加速度匀加速上升h，则()a物体的机械能增加3mghb物体的重力势能增加mghc物体的动能增加fhd物体在上升过程中机械能守恒解析：选ab.由fmg2mg得拉力f3mg，机械能的增加等于拉力f做的功，即wffh3mgh，a正确，d错误重力势能的增加等于克服重力做的功mgh，b正确动能的增加等于合力做的功，即w合m2gh2mghfh，c错误5(选做题)(2014高考福建卷)如图，两根相同的轻质弹簧，沿足够长的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动质量不同、形状相同的两物块分别置于两弹簧上端现用外力作用在物块上，使两弹簧具有相同的压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程，两物块()a最大速度相同b最大加速度相同c上升的最大高度不同d重力势能的变化量不同解析：选c.当弹簧的弹力和物块重力沿斜面向下的分力大小相等时，物块的速度最大，由于两物块的质量不同，故两物块速度分别达到最大时，与质量大的物块接触的弹簧的形变量较大，根据能量守恒定律可知，质量大的物块的最大速度较小，选项a错误刚撤去外力时，两物块的加速度最大，根据牛顿第二定律得kxmgsin ma(为斜面倾角)，agsin ，由于两物块的质量不同，故两物块的最大加速度不同，选项b错误从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为物块的重力势能，由于两物块质量不同，故上升的最大高度不同，选项c正确两物块重力势能的变化量等于弹簧弹性势能的减少量，故重力势能的变化量相同，选项d错误课时作业一、选择题1下列说法中正确的是()a能就是功，功就是能b做功越多，物体的能量就越大c外力对物体不做功，这个物体就没有能量d能量转化的多少可以用做功来量度解析：选d.功和能是两个不同的概念，故选项a错误；做功的多少只是说明了能量转化的多少，而不能说明能量的多少，故选项b错误；外力是否做功不能说明物体能量的有无，故选项c错误；功是能量转化的量度，故选项d正确2(多选)(2015衡水高一检测)在巴塞罗那游泳世锦赛三米板决赛中何姿轻松夺冠若何姿的质量为m，她入水后受到水的阻力而做减速运动，设水对她的阻力大小恒为 f，在水中下降高度h的过程中，她的(g为当地重力加速度)()a重力势能减少了mghb动能减少了fhc机械能减少了(fmg)hd机械能减少了fh解析：选ad.重力势能的减少量等于重力做的功mgh，a正确动能的减少量等于克服合力做的功，为(fmg)h，b错误机械能的减少量等于克服阻力f做的功fh，c错误，d正确3.(2015北京四中高一月考)如图所示，两个完全相同的物体分别自斜面ac和bc顶端由静止开始下滑，物体与两斜面的动摩擦因数相同，物体滑至斜面底部c点时的动能分别为ea和eb，下滑过程中产生的热量分别为qa和qb，则()aeaebqaqbbeaebqaqbceaebqaqbdeaqb解析：选a.设斜面倾角为，底边长为b，则wffmgcos mgb，即摩擦力做功与斜面倾角无关，所以两物体的摩擦力做功相同，产生的热量相同由题图知a物体的重力做的功大于b物体的重力做的功，再由动能定理知，eaeb.故a正确4(2015广州高一检测)如图所示，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，以地面为参照物，a、b都向前移动一段距离在此过程中()a外力f做的功等于a和b动能的增量bb对a的摩擦力所做的功等于a的动能增量ca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的动能增量解析：选b.物体a所受的合外力等于b对a的摩擦力，对物体a应用动能定理，则有b对a的摩擦力所做的功等于a的动能增量，b正确a对b的摩擦力与b对a的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于a在b上滑动，a、b对地的位移不相等，故二者做功不相等，c错误对b应用动能定理，wfwffekb，即wfwffekb，就是外力f对b做的功，等于b的动能增量与b克服摩擦力所做的功之和，d错误由上述讨论知b克服摩擦力所做的功与b对a的摩擦力所做的功不相等，即wffeka，wfekaekb，故a错误5.(2015宁波高一检测)蹦床运动员与床垫接触的过程可简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的床垫(a位置)上，随床垫一同向下做变速运动到达最低点(b位置)，如图有关运动员从a运动至b的过程，说法正确的是()a运动员的机械能守恒b运动员的速度一直减小c运动员的机械能先增加后减小d运动员先失重后超重解析：选d.运动员从a运动至b的过程，床垫弹力对运动员做负功，运动员的机械能转化成了蹦床的弹性势能，运动员的机械能不断减小，a、c错该过程运动员受到的合力先是向下后向上，加速度也是先向下后向上，所以运动员先失重后超重，d对运动员的速度是先增加后减小的，b错6.(多选)如图所示，一固定斜面倾角为30，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度，沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g.若物块上升的最大高度为h，则此过程中，物块的()a动能损失了2mghb动能损失了mghc机械能损失了mghd机械能损失了mgh解析：选ac.物块以大小为g的加速度沿斜面向上做匀减速运动，运动过程中f合mg，由受力分析知摩擦力fmg，当上升高度为h时，位移x2h，由动能定理得ek2mgh；由功能关系知ewfmgxmgh，选项a、c正确7(2015高考福建卷)如图，在竖直平面内，滑道abc关于b点对称，且a、b、c三点在同一水平线上若小滑块第一次由a滑到c，所用的时间为t1，第二次由c滑到a，所用的时间为t2，小滑块两次的初速度大小相同且运动过程始终沿着滑道滑行，小滑块与滑道的动摩擦因数恒定，则()at1t2 d无法比较t1、t2的大小解析：选a.在滑道ab段上取任意一点e，比较从a点到e点的速度v1和从c点到e点的速度v2，易知v1v2.因e点处于“凸”形轨道上，速度越大，轨道对小滑块的支持力越小，因动摩擦因数恒定，则摩擦力越小，可知由a滑到c比由c滑到a在ab段上的摩擦力小，因摩擦造成的动能损失也小同理，在滑道bc段的“凹”形轨道上，小滑块速度越小，其所受支持力越小，摩擦力也越小，因摩擦造成的动能损失也越小，从c处开始滑动时，小滑块损失的动能更大故综上所述，从a滑到c比从c滑到a在轨道上因摩擦造成的动能损失要小，整个过程中从a滑到c平均速度要更大一些，故t1t2.选项a正确8.如图所示，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，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，则该过程中液体机械能的减少转化为的内能是()a.mgh b.mghc.mgh d.mgh解析：选a.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h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则qmghmgh，故a正确9.(2015巴蜀中学高一检测)如图所示，工厂利用足够长的皮带传输机把货物从地面运送到高出水平地面的c平台上，c平台离地面的高度一定传输机的皮带以一定的速度v顺时针转动且不打滑将货物轻轻地放在a处，货物随皮带到达平台货物在皮带上相对滑动时，会留下一定长度的痕迹已知所有货物与皮带间的动摩擦因数为，满足tan ，可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力()a皮带对货物做的功等于货物动能的增加量b皮带对货物做的功等于货物对皮带做的功c因传送货物，电动机需多做的功等于货物机械能的增加量d货物质量m越大，系统产生的热越多解析：选d.皮带对货物做的功等于货物的机械能的增加量，即动能和势能的增加量的和，a错设货物向上加速时的加速度为a，则它加速过程沿皮带方向的位移为x物，此过程皮带前进的距离x带v.故皮带对货物做的功w1mgcos x物，货物对皮带做的功w2mgcos x带，w1w2，b错根据能量守恒定律知，电动机对皮带多做的功，等于货物机械能的增加量和系统内能增加量的和，c错系统产生的热量qmgcos (x带x物)mgcos ，故m越大，产生的热量越多，d对二、非选择题10.如图所示，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解析：滑块最