7.10能量守恒定律与能源学案

衡水市第二中学高一物理学案用心听课，珍惜课堂，用点滴积累自己的能力使用时间：年月日第1页共4页基础知识归纳1.能量的概念：如果一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量.因此能量是物体所具有的做功本领.能量具有不同的形式，不同形式的能量之间可以相互转化，但在转化的过程中，能量的总量保持不变.2.功和能的区别和联系(1)相同点：功和能都是标量，单位均为焦耳.(2)不同点：功是过程量，能是状态量.(3)关系：①能的形式多种多样，如机械能、分子势能、电能、光能、内能、风能、原子能.②各种形式的能可以相互转化.③做功的过程就是能量由一种形式转化为另一种形式的过程.④在量值关系上，做了多少功，就有多少能量发生了转化.综上所述，功是能量转化的量度.做功的过程就是能量转化的过程，能量的转化是通过做功来实现的，力做功与能量的转化有对应关系，因此我们利用功和能的关系分析问题时，一定要搞清楚有哪些力做功，分别伴随着哪几种形式的能之间的转化，什么形式的能增加了，什么形式的能减少了.3.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变.(2)导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：确认了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互关系与能量转化.(3)建立能量转化与守恒定律工作最有成效的三位科学家是：迈尔、焦耳、亥姆霍兹.(4)能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果.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表现形式.4.能源和能量耗散(1)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.煤炭和石油资源是有限的.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的成分.能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题.(2)散失到周围环境中的内能再也不会自动聚集起来供人类重新利用，这种现象叫做能量耗散.(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，从便于利用的变成了不便于利用的了.这是能源危机更深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还要节约能源”的根本原因.(4)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性.重点难点突破一、如何准确理解能量守恒定律，能量守恒定律应从下面两方面去理解：1.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；2.某个物体的能量减少，一定存在着其他物体的能量的增加，且减少量和增加量一定相等，这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路之一.二、列表说明不同的力做功对应不同形式的能的改变不同的力做功对应不同形式能的变化定量的关系合外力的功(所有外力的功)动能变化合外力对物体做功等于物体动能的增量W合＝Ek2－Ek1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加WF＝－ΔEp＝Ep1－Ep2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒ΔE＝0除重力和弹力之外的力做的功机械能变化除重力和弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少W除G、F外＝ΔE设计人：李伯义审核人：王苗第七章第10节能量守恒定律与能源(学案17)衡水市第二中学高一物理学案用心听课，珍惜课堂，用点滴积累自己的能力使用时间：年月日第2页共4页续表：电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加W电＝－ΔEp一对滑动摩擦力的总功内能变化作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加Q＝Ff··l相对三、能量转化的过程中摩擦力做功的特点1.静摩擦力做功的特点：(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功.(2)相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的和总是等于零.2.滑动摩擦力做功的特点：(1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功.[来源:学§科§网Z§X§X§K](2)一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积.(3)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值恰好等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能.典例精析1.多种功能关系的理解【例1】已知货物的质量为m，在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速升高h，则在这段时间内叙述正确的是(重力加速度为g)()A.货物的动能一定增加mah－mghB.货物的机械能一定增加mahC.货物的重力势能一定增加mahD.货物的机械能一定增加mah＋mgh【解析】选项内容指向、联系分析结论A动能定理，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah[来源:Z|xx|k.Com]错误B功能关系，货物机械能的增量等于除重力以外的力做的功而等于合外力做的功错误C功能关系，重力势能的增量对应货物重力做的负功大小mgh错误D功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功m(g＋a)h正确【答案】D【思维提升】准确把握和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键.【拓展1】滑块以速率v1靠惯性沿固定斜面由底端向上运动，当它回到出发点时速率变为v2，且v2v1.若滑块向上运动的位移中点为A，取斜面底端重力势能为零，则(BC)A.上升时机械能减少，下降时机械能增加B.上升时机械能减少，下降时机械能也减少C.上升过程中动能和势能相等的位置在A点上方D.上升过程中动能和势能相等的位置在A点下方【解析】由v2v1可知，斜面与滑块有摩擦，无论上升还是下降时，都有机械能损失，故B正确.设上升时最大高度为H，Ek＝Ep时的高度为h，则Ek＋Ep＝2Ep＝2mghmgH即h2H在A点上方，故C正确.2.摩擦力做功问题【例2】质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑到B点，在板上前进了L，而木板前进了l，如图所示，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求：(1)摩擦力对滑块和木板做的功；(2)系统产生的焦耳热；(3)系统损失的动量和动能.【解析】(1)摩擦力对滑块做功W1＝－μmg(L＋l)摩擦力对木板做功W2＝μmgl(2)系统产生的焦耳热应等于系统损失的总动能，也等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，Q＝μmgL(3)对于M和m两物体组成的系统，水平方向只有内力(一对摩擦力)而无外力，所以，系统动量守恒，系统动量未损失，但m动量减少，M动量增加.系统动能的损失ΔEk＝μmgL【思维提升】系统内的一对摩擦力对系统的冲量一定为零，而对系统做的功未必为零，要看是一对静摩擦力还是一对滑动摩擦力.【拓展2】电动机带动水平传送带以速度v匀速转动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，传送带足够长，如图所示，当小木块与传送带相对静止时，求：[来源:学科网]衡水市第二中学高一物理学案用心听课，珍惜课堂，用点滴积累自己的能力使用时间：年月日第3页共4页(1)摩擦过程中产生的摩擦热；(2)电动机因放上小木块带动传送带匀速转动时多输出的总能量.【解析】(1)小木块放在传送带上，受到滑动摩擦力的作用做匀加速直线运动，直到与传送带同速，此过程：μmg＝ma，v＝at，得出t＝vμg小木块与传送带的相对滑动路程l相＝vt－gvtv222，所以摩擦过程中产生的摩擦热Q＝μmg·l相＝12mv2(2)由能量的转化和守恒定律得：电动机因放上小木块多输出的能量转化为小木块的动能与摩擦热，所以E总＝Ek＋Q＝mv2课后作业1.下列说法中正确的是（）A．功是矢量，正负表示方向；B．功是标量，正负表示大小；C．力做功总是在某一个过程中完成的，所以没有某一时刻的功；D．以上说法都错误。2.讨论力F在下列几种情况下做功的多少：（）①用水平推力F推质量是m的物体在光滑水平面上前进了s．②用水平推力F推质量为2m的物体沿动摩擦因数为μ的水平面前进了s．③斜面倾角为θ，与斜面平行的推力F，推一个质量为2m的物体沿光滑斜面向上推进了s．A．③做功最多B．②做功最多C．做功相等D．不能确定3．如图所示，一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列说法中正确的是()A．沿AB面重力做功多；B．沿两个面重力的功相同；C．沿AB面重力势能减少多；D．沿AC面重力势能减少多。4.物体机械能守恒的条件是“只有重力对物体做功”，这句话的意思是()．A.物体只能受重力的作用，而不能受其他力的作用；B.物体除受重力作用以外，可以受其他力的作用，但其他力不做功或其他力做功代数和为零；C.只要物体受到的重力对物体做了功，物体的机械能就守恒，与其他力做不做功无关；D.以上说法都正确。5．物体在地面上20m高的地方以7m／s2的加速度竖直下落，则在下落的过程中，物体的机械能变化是()A．不变B．减小C．增大D．无法判定6．关于摩擦力对物体做功，下述几种论断正确的是()A．滑动摩擦力对物体一定做负功；B．静摩擦力不可能对物体做功；C．滑动摩擦力既可对物体做负功，也可以对物体做正功；D．静摩擦力对物体一定做负功。7.质量是5t的汽车，在水平路面上由静止以加速度a=2m／s2。开始做匀加速直线运动，所受阻力是l03N，汽车起动后第1s末发动机的瞬时功率是()A.2kWB．11kWC．20kWD．22kW8.质量为m的物体与水平面间的动摩擦因数为，现用与水平面成角的力拉物体，使物体沿水平面匀速前进s，这个力对物体做的功为（）A．mgsB．cosmgsC．)sin/(coscosmgsD．)sin/(cosmgs9.质量为M物体在水平力F作用下,在粗糙的水平面上运动,下列说法不正确的是()A．如果物体做匀加速直线运动,F一定对物体做正功；B．如果物体做匀减速直线运动,F一定对物体做负功；C．如果物体做匀减速直线运动,F可能对物体做正功；D．如果物体做匀速直线运动,F一定对物体做正功。10．当重力做负功时（）A．重力势能一定增加；B．重力势能一定减小；C．物体速度一定增大；D．物体速度一定减小。11．关于重力势能的几种理解，正确的是（）A．重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功；B．放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零；C．在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等；D．相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，它影响研究有关重力势能变化的问题。ACB衡水市第二中学高一物理学案用心听课，珍惜课堂，用点滴积累自己的能力使用时间：年月日第4页共4页12．关于重力势能，下列说法中正确的是()A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定；B．物体与零势面的距离越大，它的重力势能也越大；C．一个物体的重力势能从—5J变化到—3J，重力势能减少了；D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功。13．在下列几种情况中，甲乙两物体的动能相等的是()A．甲的速度是乙的2倍，甲的质量是乙的12；B．甲的质量是乙的2倍，甲的速度是乙的12；C．甲的质量是乙的4倍，甲的速度是乙的12；D．甲的速度是乙的4倍，甲的质量是乙的12。14．质量不同而具有相同动能的两个物体，在动摩擦因数相同的水平面上滑行到停止，则()A．质量大的滑行的距离大；B．质量大的滑行的时间大；C．质量大的滑行的加速度小；D．它们克服阻力做的功一样多。15．下列运动中能满足机械能守恒的是()A．物体沿光滑圆弧面从下向上滑动；B．吊车将货物匀速吊起；C．物体沿粗糙斜面匀速下滑；D．外力对物体所做的功等于0时，机械能一定守恒。16．某同学身高1.8m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8