2017-2018学年同步备课套餐之高一物理教科版版必修2讲义：第四章 6

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精6能源的开发与利用[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，会用能量守恒的观点分析解释一些实际问题。3。了解能源的开发和利用，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.一、能量守恒定律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，在转化或转移的过程中其总量保持不变.2。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,它是自然界中最重要、最普遍的规律之一。二、能源的利用1。人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴草时期、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。能源利用方式的改进极大地提高了劳动生产率，给人类的生活带来了极大的改善,煤炭的利用和蒸汽机的诞生引起了产业革命.但能源的大量使用引起了环境问题.三、新能源的开发1.在合理开发和节约使用煤、石油、天然气等常规能源的同时，要大力开发核聚变能、太阳能、风能、地热能、海洋能等新能源。2.正在开发的新能源有风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能、生物质能及核聚变能等.3.新能源的优点：新能源多为可再生能源，且污染较小。[即学即用]1.判断下列说法的正误.（1)机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式。(√)(2)化石燃料的利用，会引起环境问题.（√)（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。(×）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，g取10m/s2，不计空气阻力，碰撞时损失的机械能为________，损失的机械能转化为________能.答案1。2J内一、能量守恒定律的理解[导学探究］(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？(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.②放在火炉旁的冰融化变热.③电流通过灯泡,灯泡发光.答案(1）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)①光能转化为化学能②内能由火炉转移到冰③电能转化为光能［知识深化]1.能量守恒定律适用范围：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。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，总能量守恒答案AD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.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.例2如图1所示，传送带的速度是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传送带上，物体与传送带间的动摩擦因数μ＝0.15,电动机带动传送带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：（g取10m/s2)图1（1）小物体获得的动能Ek；（2)这一过程摩擦产生的热量Q;(3)这一过程电动机消耗的电能E。答案(1)4.5J(2)4。5J(3）9J解析(1)设小物体与传送带达到共同速度时，物体相对地面的位移为x。μmgx＝eq\f（1,2)mv2，解得x＝3m〈4。5m，即物体可与传送带达到共同速度，此时Ek＝eq\f（1,2）mv2＝eq\f（1，2)×1×32J＝4.5J。（2)由μmg＝ma得a＝1。5m/s2，由v＝at得t＝2s,则Q＝μmg（vt－x)＝0。15×1×10×（6－3)J＝4.5J。(3)由能量守恒知，E电＝Ek＋Q＝4。5J＋4.5J＝9J。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之间转化的过程.（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: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系统内物体做功内能的改变f·x相对＝Q例3如图2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点的正上方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2A.重力做功2mgR B.机械能减少mgRC。合外力做功mgR D。克服摩擦力做功eq\f(1，2)mgR答案D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＝meq\f(v2，R)，所以v＝eq\r(gR）,从P点到B点，由动能定理知：W合＝eq\f（1,2）mv2＝eq\f(1，2）mgR,故选项C错;根据能量守恒知：机械能的减少量为｜ΔE｜＝｜ΔEp｜－|ΔEk｜＝eq\f（1,2)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.例4如图3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μ，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3(1）小铁块增加的动能;（2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；（4)系统产生的热量.答案（1)μmg（l－L)(2）μmgl(3）μmgL(4)μmgL解析画出这一过程两物体位移示意图，如图所示。（1)根据动能定理得μmg（l－L)＝ΔEk即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功.（2)摩擦力对长木块做负功,根据功能关系得ΔEkM＝－μmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl.（3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL。(4)m、M间相对滑动的位移为L,根据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量,也等于系统减少的机械能.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前景广阔、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、用之不竭答案C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.故选C。2.（功能关系）如图4所示,在高台跳水比赛中，质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力（包含浮力)而竖直向下做减速运动,设水对她的阻力大小恒为F，则在她减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度）（）A。她的动能减少了FhB。她的重力势能减少了mgh图4C.她的机械能减少了（F－mg）hD.她的机械能减少了mgh答案B3。(功能关系）（多选）如图5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沿水平方向射中木块，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,木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，木块对子弹的阻力大小f视为恒定，则下列关系式正确的是（)图5A.fl＝eq\f(1,2)Mv2B。fd＝eq\f（1，2）Mv2C。fd＝eq\f(1，2）mveq\o\al(

2，0）－eq\f(1,2)（M＋m）v2D.f(l＋d）＝eq\f（1，2)mveq\o\al（

2,0)－eq\f(1，2)mv2答案ACD解析画出运动过程示意图，从图中不难看出，从子弹刚接触木块到木块前进距离为l、子弹进入木块的深度为d时，子弹相对于地面发生的位移为l＋d。由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为f。子弹对木块的作用力对木块做正功,由动能定理得f·l＝eq\f(1,2)Mv2 ①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得－f·(l＋d）＝eq\f(1,2）mv2－eq\f(1，2）mveq\o\al（

2，0） ②由①②得f·d＝eq\f（1，2）mveq\o\al（

2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2所以，本题正确选项为A、C、D。4.（能量守恒定律的应用)如图6所示，一物体质量m＝2kg,在倾角θ＝37°的斜面上的A点以初速度v0＝3m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB＝4m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC＝0。2m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到最高位置为D点，D点距A点的距离AD＝3m。挡板及弹簧质量不计,g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0。8.求:(结果保留两位小数）图6（1）物体与斜面间的动摩擦因数μ；(2）弹簧的最大弹性势能Epm.答案（1）0.52（2）24.46J解析（1)物体从开始位置A点到最后D点的过程中,物体和弹簧组成的系统弹性势能没有发生变化,动能和重力势能减少，机械能的减少量为ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝eq\f(1,2)mveq\o\al(

2，0）＋mglADsin37° ①物体克服摩擦力产生的热量为Q＝fs ②其中s为物体的路程，即s＝5。4mf＝μmgcos37° ③由能量守恒定律可得ΔE＝Q ④由①②③④式解得μ≈0。52.（2）物体由A到C的过程中，动能减小ΔEk＝eq\f（1,2）mveq\o\al（

2，0) ⑤重力势能减少ΔEp′＝mglACsin37° ⑥摩擦生热Q′＝flAC＝μmgcos37°lAC ⑦由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为Epm＝ΔEk＋ΔEp′－Q′ ⑧联立⑤⑥⑦⑧解得Epm≈24.46J.课时作业一、选择题(1～6为单选题,7～10为多选题)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，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答案C2。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.能量转化或转移的过程答案D解析利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程,A、B、C错误,D正确.3。能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则.下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是（）A.家电尽量长时间待机B。用节能灯替换白炽灯C。楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制D.不要清除冰箱内的冰、霜答案B解析待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电,故A错误；用节能灯替换白炽灯，可节约用电，故B正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制,才属于科学、合理地节约用电，故C错误;清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率,才属于科学、合理地节约用电，故D错误.4。如图1所示，轻质弹簧长为L，竖直固定在地面上,质量为m的小球，在离地面高度为H处，由静止开始下落,正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x，在下落过程中，小球受到的空气阻力为f阻，则弹簧在最短时具有的弹性势能为（）图1A。（mg－f阻)（H－L＋x）B。mg（H－L＋x）－f阻（H－L）C。mgH－f阻（H－L）D.mg（L－x）＋f阻(H－L＋x）答案A解析设小球克服弹力做功为W弹,则对小球应用动能定理得(mg－f阻)(H－L＋x)－W弹＝ΔEk＝0，所以，W弹＝（mg－f阻)（H－L＋x），即为弹簧在最短时具有的弹性势能.5。如图2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eq\f(4，5）g，在运动员打开伞之前下落h的过程中,下列说法正确的是()图2A。运动员的重力势能减少了eq\f（4，5）mghB.运动员的动能增加了eq\f(4，5)mghC。运动员克服阻力所做的功为eq\f（4，5)mghD.运动员的机械能减少了eq\f(4，5)mgh答案B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＝eq\f（4，5）mg，则根据动能定理得，合力做功为eq\f(4,5）mgh,则动能增加了eq\f(4,5)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eq\f(1，5)mgh，故C错误；重力势能减少了mgh，动能增加了eq\f(4，5)mgh,故机械能减少了eq\f（1,5）mgh，故D错误.6.两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上,两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块,穿透木块后子弹的速度分别为vA、vB,在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为QA、QB,设木块对子弹的摩擦力大小一定，则()A。vA>vB，QA>QBB.vA<vB,QA＝QBC。vA＝vB，QA〈QBD。vA〉vB，QA＝QB答案D解析两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f相同,子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Q＝fΔx相同,根据能量守恒定律有：eq\f(1,2）mv2＝QA＋eq\f（1，2)mveq\o\al（

2,A），eq\f(1,2)mv2＝QB＋eq\f(1，2)mveq\o\al(

2，B)＋eq\f（1，2）mBv′2，由以上两式可知vA>vB，综上所述选项D正确.7.如图3所示，高h＝2m的曲面固定不动。一个质量为1kg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4m/s。g取10m/s2。在此过程中，下列说法正确的是()图3A.物体克服摩擦力做功20JB.物体的动能增加了8JC。物体的重力势能减少了20JD。曲面对物体的支持力对物体不做功答案BCD8。某运动员采用蹲踞式起跑,在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心。如图4所示,假设该运动员的质量为m,在起跑时前进的距离x内,重心升高量为h，获得的速度为v，则此过程中（)图4A.运动员克服重力做功WG＝mghB。运动员的机械能增加了eq\f(1，2)mv2C。运动员的机械能增加了eq\f（1，2）mv2＋mghD.运动员对自身做功W＝eq\f(1,2)mv2＋mgh答案ACD解析运动员在此过程中重力势能增加mgh,动能增加eq\f(1,2)mv2，机械能增加eq\f（1，2)mv2＋mgh,A、C正确，B错误.运动员通过蹬地对自身做功，做功的量为其机械能的增量，D正确。9。如图5所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M的物块，通过跨过定滑轮的轻绳与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是（）图5A。小球的机械能守恒B。物块与小球组成的系统机械能守恒C.若小球匀速下降,小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量D.若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量答案CD解析由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减少,A错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M做负功,因此物块与小球组成的系统机械能减少,B错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减少的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为物块M与桌面间摩擦产生的热量,C正确；若小球加速下降，则小球减少的机械能一部分转化为摩擦产生的热量，另一部分转化为M的动能，因此D正确.10。质量为m1、m2的两物体,静止在光滑的水平面上,质量为m的人站在m1上用恒力F拉与m2相连的绳子,经过一段时间后,两物体的速度大小分别为v1和v2,位移分别为x1和x2，如图6所示,则这段时间内此人所做的功的大小等于（）图6A。Fx2B.F(x1＋x2) C.eq\f(1,2)m2veq\o\al(

2,2)＋eq\f（1,2）（m＋m1)veq\o\al(

2，1) D。eq\f（1，2)m2veq\o\al（

2,2）答案BC解析根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F（x1＋x2）＝eq\f(1,2）m2veq\o\al(

2，2）＋eq\f(1，2)(m＋m1）veq\o\al(

2,1），即B、C正确。二、非选择题11。一台水轮发电机组，每秒有2。0m3的水流过水轮机,若河坝水位高度差是20m，则水每秒对水轮机最多能做多少功？若有40％的机械能转化为电能，问发电机的输出功率为多大?(水的密度ρ＝103kg/m3，g取10N/kg)答案4×105J1。6×105W解析若使水对水轮机做功最多，则把水的重力势能全部转化为水