搜索
第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源课前·新知预习夯实基础自填要点形成认识一、能量守恒定律1.定律内容能量既不会消灭，也不会创生，它只会从_______________为其他形式，或者从一个物体_________________，而在转化和转移的过程中，_____________保持不变．2.机械能守恒定律与能量守恒定律的关系机械能守恒定律是普遍的________________的特种背景下一种特殊表现形式．一种形式转化转移到另一物体能量的总量能量守恒定律一个叫丹尼斯·李(DennisLee)的美国人在《美国今日》、《新闻周刊》等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机．你认为这种发电机能造出来吗？提示：不能．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的规律之一，物体间只能发生能量的转化或转移，但总能量不变，任何事物都不可能违背能量守恒定律．丹尼斯·李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违背了能量守恒，因此这种发电机不能制造出来．二、能源、能量耗散和能源危机1.常规能源：____________________________，新能源：__________________________．2.能量耗散：燃料燃烧时把自己的热量释放出去，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成_______________，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的______，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．煤、石油、天然气风能、核能、太阳能光能和热能内能3.能源危机的含义在能源的利用过程中，即使在能量的转化过程中，能量在数量上__________，但在可利用的品质上_______了，从便于利用的变成_____________的了．并未减少降低不便于利用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方向性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源．既然能量守恒，为什么还提倡节约能源？提示：能量耗散是不可避免的，提倡节约能源指的是节约可利用能源．课堂·师生共研诠释核心研析考点重难突破功能关系功是能量转化的量度．试举例：生活中做功伴随哪些能量转化？重点诠释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．举例：举重运动员把重物举起来，对重物做了功．这一过程中，运动员通过做功消耗了体内的化学能，转化为重物的重力势能．并且，运动员做了多少功，就有多少化学能转化为重力势能．2.不同形式的能量变化与不同的功对应我们关心的大多是能量的变化量，而不是能量的具体数值，能量的转化必须通过做功才能实现，某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系，即所谓功能关系常见的力做功与能量转化的对应关系如下：(1)重力做功：重力势能和其他形式能相互转化．(2)弹力做功：弹性势能和其他形式能相互转化．(3)合外力做功：动能与其他形式能相互转化．(4)除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他形式能相互转化．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机功与能是两个不同的概念，功是力在空间上的积累，做功需要一个过程，能反映了物体对外做功的本领．二者有本质的区别，且功与能不能相互转化，但物体的能量转化是通过做功来实现的．3.应用功能关系需注意的问题(1)明确具体力的功与能量转化的对应关系．(2)功与能量转化的等值代换．当便于求功时，可用功代换能量转化，不便于求功而便于求能量转化时，可用求能量转化来求功.共研经典[例1]质量为4kg的物体被人由静止开始向上提升0.25m后速度达1m/s，则下列判断正确的是()A.人对物体传递的功是12JB.合外力对物体做功2JC.物体克服重力做功10JD.人对物体做的功等于物体增加的动能(一)规范解答人提升物体的过程中，人对物体做了功，对物体传递了能量，不能说人对物体传递了功，A错；人做功即除重力以外的其他力对物体做功等于物体机械能的改变量，W人＝mgh＋12mv2＝12J，D错；合外力对物体做的功(包括重力)等于物体动能的变化，W合＝12mv2＝2J，B正确；物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加，WG＝mgh＝10J，C正确．(二)完美答案(BC)(三)总结提升能的转化必通过做功来实现，某种性质的力做的功是与某种形式的能量变化相对应的，比如：W合＝ΔEk、WG＝－ΔEp.(四)变式训练质量为m的物体以加速度a＝34g，匀加速下落h，g为重力加速度，则()A.物体重力势能减小34mghB.物体重力势能减小mghC.物体动能增加34mghD.物体机械能减小14mgh[解析]重力势能减少量等于重力做的功，所以ΔEp减＝mgh，故A错，B对；物体动能增量ΔEk等于合力的功，故ΔEk＝mah＝34mgh，C对；物体机械能的减少量等于克服阻力做的功由牛顿第二定律知mg－f＝ma所以f＝14mg所以机械能减少，ΔE机减＝fh＝14mgh，D对．[答案]BCD能量守恒定律永动机为什么不能制成？重点诠释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.表达式：E初＝E终；ΔE增＝ΔE减．3.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．4.利用能量守恒定律解题的基本思路(1)分清有多少种形式的能在发生变化．(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)依据能量守恒列式求解．(1)能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一，也是学习物理学的一条主线．(2)灵活运用能量守恒的前提是明确能量的来源和去向，准确表达各种形式能的变化量．(3)机械能守恒定律是能量守恒定律的特例．共研经典[例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，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，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．(一)规范解答(1)由牛顿第二定律：μmg＝ma，得a＝μg由公式v＝at得t＝vμg，小木块的位移s1＝v2t＝v22μg(2)传送带始终匀速运动，路程s2＝vt＝v2μg(3)小木块获得的动能Ek＝12mv2(4)滑动摩擦力对木块做了正功，使得木块的机械能增加，且增加的机械能为ΔE＝μmgs1＝12mv2而滑动摩擦力对传送带做了负功，使传送带输出了能量，且输出的能量为ΔE输出＝μmgs2＝mv2所以整个系统在这一过程中产生的内能(摩擦热)为Q＝ΔE输出－ΔE＝μmg(s2－s1)＝12mv2.(二)完美答案(1)v22μg(2)v2μg(3)12mv2(4)12mv2(三)总结提升摩擦生热要点(1)注意本题结论Q热＝Ff·s相对(2)s相对的求法①若两物体同向运动s相对＝s2－s1(s2、s1分别指物体2与物体1对地位移)②若两物体运动方向相反．s相对＝s1＋s2.(四)变式训练如图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(1)系统产生的热量；(2)小铁块增加的动能；(3)长木块减少的动能；(4)系统机械能的减少量．[解析]画出这一过程两物体位移示意图，如图所示．(1)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．(2)根据动能定理有μmg(l－L)＝12mv2－0，其中(l－L)为小铁块相对地面的位移，从上式可看出ΔEkm＝μmg(l－L)，说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增量．(3)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.(4)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.[答案](1)μmgL(2)μmg(l－L)(3)μmgl(4)μmgL误区警示对参与转化和转移的能量认识不清导致错误[示例]如图所示，人用平行于粗糙斜面的力将物体拉至斜面顶端，使物体获得动能，关于人体消耗的化学能，下面说法正确的是()A.人体消耗的化学能等于物体动能B.人体消耗的化学能等于物体增加的重力势能C.人体消耗的化学能等于物体增加的机械能D.人体消耗的化学能大于物体增加的机械能(一)授你破题锦囊物体上升过程中，动能和重力势能增加，同时由于摩擦产热，所以人消耗的化学能等于物体机械能的增量与系统增加的内能之和，所以选D.(二)完美答案(D)(三)误区警示本题易漏掉摩擦产热过程而误选C，应用能量守恒解题，一定要搞清有多少形式的能参与转化，不能漏掉某种形式的能．[对点训练](能量守恒定律)1.下列关于能量守恒定律的认识不正确的是()A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了答案：D解析：能量可以转化或转移，但总量不变，A、B、C对；D中机械能转化成了内能，D错．2.滚摆上下摆动，而高度越来越低，说明()A.滚摆的机械能守恒B.能量正在消失C.只有动能和势能的相互转化D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒答案：D解析：高度越来越低，说明机械能不守恒，减小的机械能转化为内能，故A、B、C错．[对点训练](功能关系)3.如图所示，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()A.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，总能量不变答案：B解析：由能量转化和守恒定律可知，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．4.如图所示，一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O点处，将小球拉至A处，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，它运动到O点正下方B点时速度为v，与A点的竖直高度差为h，则()A.由A至B重力做功为mghB.由A至B重力势能减少12mv2C.由A至B小球克服弹力做功为mghD.小球到达位置B时弹簧的弹性势能为(mgh－12mv2)答案：AD解析：由A至B重力做功为mgh，A正确；但此过程中重力势能的减少有一部分转化为弹簧的弹性势能，故B错误；由动能定理得：mgh－W弹＝12mv2，故小球克服弹力做的功也即弹簧的弹性势能为mgh－12mv2，C错误，D正确．5.物体只在重力和一个不为零的向上的拉力作用下，分别做匀速上升、加速上升和减速上升三种运动．在这三种情况下，物体机械能的变化情况是()A.匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减小B.匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减小C.由于该拉力与重力大小的关系不明确，所以不能确定物体机械能的变化情况D.三种情况中，物体的机械能均增加答案：D解析：无论物体怎样向上运动，拉力都做正功，物体的机械能均增加，故选D.[对点训练](内能产生)6.如图所示，传送带保持v＝4m/s的速度水平匀速运动，将质量为1kg的物块无初速地放在A端，若物块与皮带间动摩擦因数为0.