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1、10.能量守恒定律与能源,自我检测,自主阅读,一、能量守恒定律 1.确立定律的两个重要事实 (1)确认了永动机的不可能性。 (2)发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化。 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。 3.在能量守恒定律确立的过程中工作最有成效的科学家有:迈尔、焦耳、亥姆霍兹。 4.人类建立能量守恒定律有什么意义? 答案:能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一,而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。,自我检测,自主阅读
2、,二、能源和能量耗散 1.能源:能源是人类社会活动的物质基础。人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 2.能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。如电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化成内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用。 3.能源危机的含义是什么? 答案: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。 4.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
3、性。所以,能源的利用是有条件的,也是有代价的。,自我检测,自主阅读,1.正误辨析 (1)在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少。( ) 答案: (2)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:根据能量守恒定律可得,能量既不能被创造,也不能被消灭,只能产生转移或转化。 答案: (3)世上总能量虽然不变,但我们仍需要有节能意识。( ) 答案: (4)能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性。( ) 答案:,自我检测,自主阅读,2.一个小网站发了一则这样的新闻:台湾一个发明家发明了一种机器,给它输入40 W的电功率可以产生180 W的电功率。你认为这种机器能造出来吗?并说明原因
4、。 答案:不能。这个机器违背了能量守恒定律,因此这种机器不能制造出来。,自我检测,自主阅读,3.如图所示,神舟十一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,返回舱的表面温度达到1 000摄氏度。 (1)该过程动能和势能怎么变化?机械能守恒吗? (2)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? 答案:(1)动能增加,势能减少,机械能不守恒。 (2)减少的势能一部分转化为动能,一部分转化为内能。机械能和内能的总量不发生变化。,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引 有一种自发电电动车,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电
5、又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗?要点提示仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳 1.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能量减少,一定存在另外形式的能量增加,且减少量和增加量相等。 (2)某个物体的能量减少,一定存在别的物体的能量增加,且减少量和增加量相等。 2.能量守恒定律的表达式 (1)从不同状
6、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。,知识点一,知识点二,知识点三,3.应用能量守恒定律解题的步骤 (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)。 画龙点睛 应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能在变化,求出减小的总能量和增加的总能量,然后再依据能量守恒列式求解。,知识点一,知识点二,知识点三,典例剖析 【例1】 某地平均风速为5 m/s,已知空气
7、密度是1.2 kg/m3,有一风车,它的风叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多大?答案:3 391.2 W,知识点一,知识点二,知识点三,规律方法 从实际问题中抽象物理模型的方法 一个具体的物理问题所描述的研究对象、物理现象和物理过程往往都对应着一定的物理模型,本题中,气流被抽象为速度大小不变、方向恒垂直于风车叶片的转动圆面,变成了一种理想化的对象模型。 那么怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢?这就需要对所给信息进行提炼和加工,突出主要因素、忽略次要因素,通过思维加工、采用恰当的方法,找到新问题与熟悉的物理模
8、型之间的联系,使新信息和原有知识之间的联系通道保持畅通,从而顺利地实现模型化,构建起符合新情境的物理模型。,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练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其他能量,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,说明能量可以凭空产生 解析:永动机是不消耗或少消耗能量,可以大量对外做功的装置,违背能量守恒定律,A错误。能量不可能凭空消失,B错误。能量也不可能凭空产生,C正确,D错误。
9、 答案:C,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为m0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,这个过程中,思考下列问题:(1)小铁块和长木块的动能怎样变化?分别变化了多少?(2)系统的机械能和内能怎样变化?分别变化了多少?,知识点一,知识点二,知识点三,要点提示(1)根据动能定理有mg(l-L)= mv2-0,其中(l-L)为小铁块相对地面的位移,从上式可看出Ekm=mg(l-L),即小铁块的动能增加
10、了mg(l-L)。摩擦力对长木块做负功,根据功能关系,得Ekm0=-mgl,即长木块的动能减少了mgl。 (2)系统机械能的减少量E=mgL。系统的总能量是守恒的,损失的机械能转化成了内能,所以内能增加量为E内=mgL。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳 1.系统内一对静摩擦力即使对物体做功,但由于相对位移为零而没有内能产生,只有物体间机械能的转移。 2.作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过程产生的内能。即Q=F滑x相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,x相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。,知识点一,知识点二,知识点三,典例剖析 【例2】 (多
11、选)如图所示,质量为m0、长度为l的小车静止在光滑的水平面上。质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现在一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,物块和小车之间的摩擦力为Ff。经过时间t,小车运动的位移为s,物块刚好滑到小车的最右端( )A.此时物块的动能为(F-Ff)(s+l) B.这一过程中,物块对小车所做的功为Ff(s+l) C.这一过程中,物块和小车增加的机械能为Fs D.这一过程中,物块和小车产生的内能为Ffl,知识点一,知识点二,知识点三,解析:对物块分析,物块的位移为s+l,根据动能定理得,(F-Ff)(s+l)=Ek-0,所以物块到达小车最右端时具
12、有的动能为(F-Ff)(s+l),故A正确;对小车分析,小车的位移为s,所以物块对小车所做的功为Ffs,故B错误;物块与小车增加的内能Q=Ffx相对=Ffl,故D正确;根据能量守恒得,外力F做的功转化为小车和物块的机械能和摩擦产生的内能,则有F(l+s)=E+Q,则E=F(l+s)-Ffl,故C错误。故选AD。 答案:AD 规律方法 (1)公式W=Flcos 中l均指物体对地位移。 (2)两物体间滑动摩擦产生的内能Q=Ffx相对,x相对指两接触面间的相对位移(或相对路程)。,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练2 电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,
13、若小木块与 传送带之间的动摩擦因数为,如图所示。传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时。求: (1)小木块的位移。 (2)传送带转过的路程。 (3)小木块获得的动能。 (4)摩擦过程中产生的内能。 (5)因传动物体电动机多消耗的电能。,知识点一,知识点二,知识点三,知识点一,知识点二,知识点三,问题导引高山滑雪起源于阿尔卑斯山地域,又称“阿尔卑斯滑雪”或“山地滑雪”,是一项古老的滑雪运动。如图所示,运动员从高山上由静止滑下,不计空气阻力。请思考: (1)下滑中,有哪些力对运动员做功? (2)如何判断运动员重力势能、动能及机械能的变化情况? 要点提示(1)运动员受到重力、支持力及摩擦力的作用,
14、其中重力做正功,摩擦力做负功,支持力不做功。 (2)运动员重力势能的变化仅取决于重力做功,动能的变化取决于外力做的总功,机械能的变化取决于除重力之外其他力做功。,知识点一,知识点二,知识点三,知识归纳 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。,知识点一,知识点二,知识点三,2.常见的几种功能关系画龙点睛 功是力在空间上的积累,能量反映了物体对外做功的本领,功与能不能相互转化,但能量的转化是通过做功来实现的。,知识点一,知识点二,知识点三,知识点
15、一,知识点二,知识点三,答案:D,知识点一,知识点二,知识点三,规律方法 应用功能关系解题的两点注意 1.应用功能关系解题时,首先要弄清楚有哪些力在做功,这些力做的功等于哪种形式能量的变化,然后列出相应关系方程做进一步的分析。 2.正确把握几种功能关系:(1)合外力对物体所做的功等于物体动能的增量;(2)重力做功等于重力势能的减少量;(3)除重力或弹力以外的其他力做多少功等于物体机械能的增加量。,知识点一,知识点二,知识点三,变式训练3(多选)升降机底板上放一质量为100 kg的物体,物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m时速度达到4 m/s,则此过程中(g取10 m/s2)( ) A.升降
16、机对物体做功5 800 J B.合外力对物体做功5 800 J C.物体的重力势能增加5 000 J D.物体的机械能增加800 J答案:AC,1,2,3,4,1.下列说法正确的是( ) A.汽车在平直公路上匀速行驶,能量守恒,不用耗油 B.内能不能转化为动能 C.电动机工作时把电能全部转化为机械能 D.自然界中能的转化和转移是有方向性的 解析:能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。D项正确。 答案:D,1,2,3,4,2.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。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( ) A.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 解析:电池板中太阳能转化为电能,小电动机中电能转化为机械能。 答案:A,1,2,3,4,3.右图为运动员依靠双手牵引使自己和轮椅升至高空,假设运动员和轮椅是匀速上升的,则在上升过程中运动员和轮椅的( ) A.动能增加 B.重力势能增加 C.机械能减少 D.机械能不变 解析:匀速上升,动能不变,但重力势能增加,机械能增加,选项B正确,A、C、D错误。 答案:B,
