10 能量守恒定律与能源 1．了解各种不同形式的能，知道各种形式的能量之间是可以转化的．2．理解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，增强节约能源和环境保护的意识. 1.定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从_____________为另一种形式，或者从一个物体______________，在转化或转移的过程中，___________保持不变．2．建立定律的两个重要事实(1)确认了_______的不可能性．(2)各种自然现象之间能量的相互联系与转化． 能量守恒定律能量守恒定律 一种形式转化一种形式转化转移到别的物体转移到别的物体能量的总量能量的总量永动机永动机 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”违背了能量转化和守恒定律，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 解析 永动机是指不消耗或少消耗能量而可以大量对外做功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量转化和守恒定律．人类只能发现规律、利用规律，但绝不可以创造规律、改变规律、违背规律行事，即使以后科技再发达，也要受自然规律的制约，所以永动机是永远不可能制成的，A错．太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风、云、雨、雪，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错．马和其他动物，包括人，要运动，必须消耗能量，运动的能量来源是食物中储存的化学能，C对． 所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，维持手表的走动，如果把这种表放在桌面上静置多天，它一定会停摆的，D错．故选C.答案 C 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__________、_________．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____________，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的______，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的______．能源和能量耗散能源和能量耗散 柴薪时期柴薪时期煤炭时期煤炭时期内能和光能内能和光能内能内能耗散耗散 3．能量转化的方向性：能量的耗散从_________的角度反映出自然界中宏观过程的方向性．4．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_____了，从便于利用的变成_________的了． 能量转化能量转化降低降低不便利用不便利用 2.下列关于能源开发和利用的说法中正确的是 ( )．A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程B．要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程D．无论是节约能源还是开发能源，我国都需要外国支援 解析 能源的利用过程实际上是一种形式的能向其他形式的能转化的过程，并不一定是单一的向机械能转化的过程，所以C正确，A不正确；B中的核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等属于新能源，而不是常规能源，故B错误；节约能源也好，开发能源也好，我国主要依靠自己，故D错．答案 C 1.表达式E初＝E末或ΔE减＝ΔE增．2．含义(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等．(2)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．能量守恒定律的理解及应用能量守恒定律的理解及应用 【典例1】 (2012·安徽高考)如图7－10－1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( )．A．重力做功2mgRB．机械能减少mgRC．合外力做功mgR图图7－－10－－1 答案 D 利用能量守恒定律解题的基本步骤1．分清有哪几种形式的能(如机械能、内能、电能等)在变化．2．分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．3．列等式ΔE减＝ΔE增求解． 【跟踪1】 如图7－10－2所示，滑块从A点由静止开始沿曲面下滑，过O点后滑至右边曲面B点时的速度恰好等于0，O点附近光滑，滑块经过O点时不发生碰撞．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0.求A、B两点间的高度差．(假设滑块从A点到B点与从B点到A点因摩擦而产生的内能相同)图图7－－10－－2 解析 功和能的区别与联系功和能的关系功和能的关系 区别区别功是过程量，能是状态量．只能说处于某一状态的物体功是过程量，能是状态量．只能说处于某一状态的物体(或系统或系统)具有具有多少能，而不能说这个物体多少能，而不能说这个物体(或系统或系统)具有多少功具有多少功联系联系能量有多种不同的形式，且不同形式的能量可以相互转化．不同形式能量有多种不同的形式，且不同形式的能量可以相互转化．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程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的多少可用做功的多少来量度 【典例2】 一小滑块放在如图7－10－3所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离．若已知在该过程中，拉力F所做功的大小为A，斜面对小滑块的作用力所做功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时，小滑块动能的改变为多少？小滑块重力势能的改变为多少？小滑块机械能的改变为多少？图图7－－10－－3 解析 答案 A－B＋C－D －C A－B－D 常见的几种功能关系 功功能量转化能量转化重力做功重力做功重力势能和其他形式的能相互转化重力势能和其他形式的能相互转化弹力做功弹力做功弹性势能和其他形式的能相互转化弹性势能和其他形式的能相互转化合外力做功合外力做功动能和其他形式的能相互转化动能和其他形式的能相互转化除重力、系统内弹力外，其除重力、系统内弹力外，其他力做功他力做功机械能和其他形式的能相互转化机械能和其他形式的能相互转化 【跟踪2】 物体沿粗糙斜面下滑，下列说法中正确的是( )．A．机械能减少，内能不变B．机械能减少，总能量不守恒C．机械能减少，内能减少D．机械能减少，内能增加解析 物体沿粗糙斜面下滑，克服滑动摩擦力做功，机械能减少，内能增加，总能量守恒．故选D.答案 D 疑难突破6 用功能关系或能量守恒定律解题方法指导1．搞清力对“谁”做功． 对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量变化．如子弹物块模型中，摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能的变化． 2．搞清什么力的功对应什么形式的能． 典例剖析7－－10－－4 (1)传送带对小物体做了多少功？(2)小物体由A点传送到B点的过程中，传送带对小物体摩擦力的最大功率Pm是多大？(3)为传送小物体，电动机额外需做多少功？(g取10 m/s2) 解析 (1)小物体刚放到传送带上时，其受力情况如图所示，小物体沿传送带做匀加速直线运动．由牛顿第二定律得：Ff1－mg sin 30°＝ma1，①且Ff1＝μmg cos 30°，② (2)小物体加速阶段，摩擦力的最大功率P1＝Ff1·v＝μmg cos 30°·v＝75 W，匀速阶段，摩擦力为静摩擦力，功率不变，为P2＝Ff2·v＝mg sin 30°·v＝50 W，所以摩擦力的最大功率为Pm＝75 W. 答案 见解析 【审题技巧】小物体的运动过程：匀加速→和传送带速度相同时匀速．根据运动状态分析受力情况，从而求解各力的功和功率． 【我来冲关】某海湾共占面积1.0×107 m2，涨潮时平均水深20 m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20 m不变，退潮时，坝外水位降至18 m(如图7－10－5)．利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？(g＝10 m/s2，不计发电机的能量损失) 图图7－－10－－5 答案 4×1010 J 【状元微博】(1)某种形式的能减少，一定存在另一种形式的能增加，且减少量和增加量相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在另一个物体的能量增加，且减少量和增加量相等．这是我们应用能量守恒定律列方程式的两条基本思路. 一、对能量守恒定律的理解1．从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明( )．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 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．答案 AD 2．一颗子弹以某一水平速度击中了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．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和 解析 子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时两者产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失，A选项漏考虑系统增加的内能，C选项应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加，C错．答案 BD 二、能量耗散3．下列哪些现象属于能量的耗散( )．A．利用水流能发电产生电能B．电能在灯泡中变成光能C．电池的化学能变成电能D．火炉把屋子烤暖解析 能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后，不能再被收集起来重新利用．答案 D 4．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )．①能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量耗散；②能量在转化过程中变少的现象叫做能量耗散；③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，能量的数量并未减少，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，而自然界的能量守恒；④能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的．A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 解析 自然界中各种能量的总和是一定的，各种能量的转化是守恒的，只不过有些能量在转化后，不能再回收利用了，故正确答案为A.答案 A 三、能量守恒定律及功能关系的应用5．质量为4 kg的物体被人由静止开始向上提升0.25 m后速度达到1 m/s，(g取10 m/s2)则下列判断正确的是( )．A．人对物体传递的功是12 JB．合外力对物体做功2 JC．物体克服重力做功10 JD．人对物体做的功等于物体增加的动能 答案 BC 常见几种功能关系(1)重力(或弹簧弹力)做的功等于重力势能(或弹性势能)的减少量，即WG＝－ΔEp.(2)除重力、弹簧弹力外，其他力做的功等于机械能的增加量即W其他＝ΔE.(3)滑动摩擦力做的总功的绝对值等于产生的内能，即ΔQ＝－Wf.(4)合外力做的功等于物体动能的增加量，即W合＝－ΔEk. 。
