第4章 第6节　能量的转化与守恒

1、.第六节能量的转化与守恒学 习 目 标知 识 脉 络1.知道能量守恒定律的内容重点2理解能量守恒定律确实切含义难点3掌握应用能量守恒定律解决问题的方法重点4知道能量转化的方向性难点能 量 及 其 转 化各种各样的能量及转化1对能量概念的初步认识a构成世界的根本要素为物质、能量、信息能量无处不在，能量转化无时不有b一个物体可以对外做功，我们就说这个物体具有能量2各种各样的能量名称含义机械能与物体的运动或位置高度、形变相关的能量，表现为动能、势能内能组成物质的粒子原子或分子的无规那么运动所具有的动能和势能的总和化学能储存在化合物的化学键里的能量核能储存在原子核内部的能量、原子核发生核反响如裂变或聚

2、变时，会释放出宏大的能量电磁能以各种各样的电磁波的形式传播的能量3能量之间的互相转化自然界中，能量的存在形式多种多样，这些能量之间可以互相转化我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的1做功的过程就是能量转化的过程2做功越多，能量的转化也越多3物体做了多少功，就有多少能量消失不同形式能量间的互相转化是通过什么实现的？在某一过程中能量转化了多少是通过什么来衡量的？【提示】物体通过做功，可以使不同形式的能量之间发生转化，做功的过程就是能量转化的过程做了多少功，就有多少能量发生转化因此，可以用做功的多少确定不同形式的能量转化的多少如图461所示，发生雪崩时，山顶的积雪以

3、排山倒海之势滚落下来图461讨论1：重力做功引起什么能的改变？合外力做功引起什么能的改变？【提示】重力做功引起重力势能的改变，合外力做功引起动能的改变讨论2：除重力之外的其它力做功引起什么能的改变？【提示】除重力之外的其它力做功引起机械能的改变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详细形式的能量转化相联络，详细功能关系如下：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

4、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1多项选择一个质量为m的物体以a2g的加速度竖直向下运动，那么在此物体下降h高度的过程中，以下说法正确的选项是A物体的重力势能减少了2mghB物体的动能增加了2mghC物体的机械能保持不变D物体的机械能增加了mgh【解析】物体以a2g的加速度向下运动，说明除重力外，还有其他力对物体做正功物体下降h，重力势能减少mgh，A错误动能增加2mgh，B正确物体的机械能增加mgh，C错误，D正确【答案

5、】BD2多项选择在体育比赛工程中，高台跳水是我国运发动的强项质量为m的跳水运发动进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为h的过程中，以下说法正确的选项是g为当地的重力加速度图462A他的动能减少了FhmghB他的重力势能增加了mghC他的机械能减少了FmghD他的机械能减少了Fh【解析】由动能定理，EkmghFh，动能减少了Fhmgh，A选项正确；他的重力势能减少了mgh，B选项错误；他的机械能减少了EFh，C选项错误，D选项正确【答案】AD3如图463所示，小球以60 J的初动能从A点出发沿粗糙斜面向上运动，在上升到B点的过程中，小球的动能损失了5

6、0 J，机械能损失了10 J，那么小球继续向上运动至最高点C再运动至出发点A时的动能为多少？图463【解析】小球在由A点到B点的过程中，动能的损失量对应于抑制合外力所做的功，机械能的损失量对应于抑制摩擦力所做的功由动能定理得：WGWfEk50 J由功能原理得：WfE10 J故WG40 J所以WfWG14小球在由B点到C点的过程中，动能减少10 J，由动能定理得：WGWfEk10 J又：WfWG14可得：Wf2 J所以，上升过程中小球抑制摩擦力做的功为12 J，一上一下，全过程小球抑制摩擦力做的功为24 J.在小球运动的全过程中由动能定理得：Wf总EktEk0小球运动至出发点A时的动能为：Ekt

7、Wf总Ek024 J60 J36 J.【答案】36 J功和能的区别虽然功与能严密相连，但是他们之间有严格的区别：功是力在空间上的积累，是过程量；而能反映了物体对外做功的一种本领，与物体所处的状态对应，是状态量能 量 转 化 与 守 恒 定 律1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另一个物体，在转化或转移过程中其总量不变2意义提醒了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性，能量既不能无中生有，也不能消灭，只能在一定条件下互相转化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自然界中的任何变化过程都满足能量守恒3能量守恒过程外

8、力做功必为零一个叫丹尼斯李Dennis Lee的美国人在?美国今日?新闻周刊?等全国性报刊上登载大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机Dennis Lee和他的永动机图464你认为这种发电机能造出来吗？并说明原因【提示】不能丹尼斯李创造的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违犯了能量守恒定律，因此这种发电机不能制造出来“神舟十号飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的外表温度到达1 000摄氏度图465讨论1：进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱外表温度逐渐升高该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？【提示】该过程动能增加

9、，势能减少，机械能不守恒讨论2：返回舱外表温度越高，内能越大该过程中什么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？【提示】该过程机械能向内能转化根据能量守恒定律，机械能和内能的总量不变1表达式及含义E1E2某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定与增加量相等EAEB物体A的能量减少，物体B的能量增加，且减少量与增加量一定相等2.意义1能量转化与守恒定律是自然界最普遍、最重要、最根本的规律之一，反映了自然现象的普遍联络，提醒了自然界是互相联络、互相统一的2能量转化与守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界，高速运动与低速运动等都成立3应用步骤能量转化与守恒定律是贯穿整个物理学的

10、规律之一，是学习物理学的一条主线，运用能量的观点解释物理现象及解决物理问题简单、方便应用时可按以下步骤进展：1首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少2分别列出减少的能量和增加的能量3根据能量守恒定律列方程E减E增求解4如图466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图466A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】由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力

11、要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确【答案】B5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，假设小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图467所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为图467Amv2B2mv2C.mv2D.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，匀加速过程前进的间隔 x1.该时间内传送带前进的间隔 x2vtv.所以物体相对传送带滑动间隔 xx2x1.故产生的内能Qmgxmgmv2，D正确【答案】D6.如图468所示，质量为m的小铁块A以程度速度v0从左侧冲上质量为M、长为

12、l置于光滑程度面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，A、B间的动摩擦因数为，此时木板对地位移为s，求这一过程中： 【导学号：35390076】图4681木板增加的动能；2小铁块减少的动能；3系统机械能的减少量【解析】1对B根据动能定理得：mgsMv20，即EkBmgs.2滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据动能定理可知：EkAmgsl即小铁块减少的动能为EkAmvmv2mgsl3系统机械能的减少量应为小物块动能的减少与木板B获得的动能之差E减flmgl.【答案】1mgs2mgsl3mgl摩擦力对A做的功大于摩擦力对B做的功，所以A的动能减少大于B的动能的增加，两者之差等于产生的内能，表达了能量转化与

13、守恒的特点.该内能也应等于滑动摩擦力与两物体间相对位移的乘积，即Qf滑s相对.能 量 转 化 和 转 移 的 方 向 性自然界中，许多现象的发生、开展都具有方向性，能量的转化和转移也具有方向性1烧火生热：化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会自发地重新转化为化学能2热传导：热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但热量却不能自发地从低温物体传递到高温物体1热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体2热传导的过程具有方向性3机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能热量能自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地指的是没有任何的外界影响或者帮

14、助电冰箱是让“热由低温环境传递到高温环境这是不是自发进展的？说明理由图469【提示】电冰箱可以把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能电冰箱可以把热量从低温物体传给高温物体，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高讨论：如图4610所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停顿摆动机械能消失了吗？假设没有消失，转化成了什么？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？图4610【提示】机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能

15、使小球摆动1关于方向性的理解：能量守恒定律指明各种形式的能量可以互相转化，并且在转化或转移过程中总和不变但是能量的转化和转移并不是任意的，而是具有方向性的，详细表如今：1机械能与内能转化的方向性机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却需要复杂的技术手段，比方利用热机等进展转化2热传递的方向性：在热传递过程中，内能可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移，内能的转移也具有方向性例如，内能要从低温物体传到高温物体，必需要通过做功的方式来进展，如冰箱、空调制冷等散失到周围环

16、境中的内能不能回收再重新利用2关于“自发的理解“自发是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发的方向机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发的方向，但相反的过程不可能自发地进展而不引起任何变化7我们绝不会看到：一个放在程度地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来其原因是A这违背了能量守恒定律B在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D以上说法均不正确【解析】机械能和内能可以互相转化，但必须

17、通过做功来实现因为各种有关热的物理过程都具有方向性，所以内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化【答案】C8十八大报告提出了“推进绿色开展、循环开展、低碳开展的理念，以下做法中不符合这个理念的是A夏天天气炎热，空调的温度调得越低越好B把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器C出行时，假如条件允许的话，尽可能选择公共交通工具D日常生活中，做到随手关灯，关掉较长时间不使用的电脑和电视【解析】夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源浪费，选项A不符合“绿色开展、低碳开展的理念；燃气热水器消耗的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利于节约能源，选项B、C、D都