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第七章机械能守恒定律第10节能量守恒定律与能源学习目标1．知道能量守恒定律的内容．2．理解能量守恒定律的确切含义．3．掌握应用能量守恒定律解决问题的方法.4．知道能量转化的方向性.填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、能量守恒定律1．定律内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式1为另一种形式，或者从一个物体2到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量3．转化转移保持不变2．建立定律的两个重要事实(1)确认了4的不可能性．(2)各种自然现象之间存在能量的5与6．3．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7的特殊背景下一种特殊的表现形式．永动机转移转化能量守恒定律二、能源和能量耗散1．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．电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成8和9，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的10，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．内能光能内能2．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，能量在数量上虽11，但在可利用的品质上12了，从便于利用的变成13的了．3．能量转化的方向性与节约能源的必要性14反映了能量转化的宏观过程具有方向性，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15，但还是很有必要节约能源．未减少降低不便于利用能量耗散守恒|基础小题·做一做|1．正误判断(1)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多．()(2)做功越多，能量的转化也越多．()(3)外力对物体不做功，这个物体就没有能量．()(4)煤、石油、天然气属于常规能源．()(5)电能、焦炭、氢能属于一次能源．()(6)冒起的煤烟和散开的炭灰可以重新合成一堆煤炭．()√√√×××2．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是()A．都为可再生能源，取之不尽，用之不竭B．都为不可再生能源，用一点，少一点C．都为来自太阳辐射的能量D．都为污染环境的能源解析：选C煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射．因此，选项C正确，A、B、D错误．3．(多选)下列对能量的转化和守恒定律认识正确的是()A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，是不可能制成的D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了解析：选ABC根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误．[思维拓展]近几年流行一种“自发电电动车”如图所示，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？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．|核心知识·记一记|1．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，能量的总量保持不变，这个规律叫做能量守恒定律．2．能量耗散是指可利用的能源最终变成了周围环境的内能，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．3．能量耗散反映了能量转化的宏观方向性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源．4．功和能量的关系：功是能量转化的量度．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一功能关系的理解与应用|要点归纳|1．功能关系的概述(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：功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少重力势能变化WG＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少弹性势能变化W弹＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加动能变化W合＝Ek2－Ek1负功动能减少除重力(或系统内弹力)外其他力做功正功机械能增加机械能变化W外＝E2－E1负功机械能减少|例题展示|【例1】竖直向上的恒力F作用在质量为m的物体上，使物体从静止开始运动升高h，速度达到v，在这个过程中，设阻力恒为Ff，则下列表述正确的是()A．F对物体做的功等于物体动能的增量，即Fh＝12mv2B．F对物体做的功等于物体机械能的增量，即Fh＝12mv2＋mghC．F与Ff对物体做的功等于物体动能的增量，即(F－Ff)h＝12mv2D．物体所受合力的功，等于物体动能的增量，即(F－Ff－mg)h＝12mv2[解析]合外力对物体做的总功，等于物体动能的增加量，即(F－Ff－mg)h＝12mv2；除重力之外其他力做的功等于物体机械能的增加量，即(F－Ff)h＝12mv2＋mgh.[答案]D[规律方法]应用功能关系解题的关键应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义：(1)重力做功是物体重力势能变化的原因，重力做多少正功，重力势能就减少多少；(2)弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因，弹力做多少正功，弹性势能就减少多少；(3)合力做功是物体动能变化的原因，合力做多少正功，动能就增加多少；(4)除重力和系统内弹力之外的其他力做功是机械能变化的原因，其他力做多少正功，机械能就增加多少．|对点训练|1．一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是()A．物体机械能不变，内能也不变B．物体机械能减少，内能不变C．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量减少D．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量不变解析：选D物体匀速下滑动能不变，重力势能减小，故机械能减小，A错误；物体下滑过程中克服摩擦力做功，机械能减小，内能增加，而机械能与内能的总量不变，B、C错误，D正确．2．(多选)质量为4kg的物体被人由静止开始向上提升0.25m后速度达到1m/s，则下列判断正确的是()A．人对物体做的功为12JB．合外力对物体做的功为2JC．物体克服重力做的功为10JD．人对物体做的功等于物体增加的动能解析：选ABC人对物体做的功等于物体机械能的增加量，即W人＝mgh＋12mv2＝12J，选项A正确，D错误；合外力对物体做的功等于物体动能的增加量，即W合＝12mv2＝2J，选项B正确；物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，即W＝mgh＝10J，选项C正确．★要点二能量守恒定律的理解与应用|要点归纳|1．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．表达式(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE增＝ΔE减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量．3．应用步骤(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)．|例题展示|【例2】如图所示，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，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)摩擦过程产生的热量；(5)电动机由于传递小木块多消耗的电能．[思路点拨]解此题关键是以下两点信息：(1)在计算第(4)问时，要用滑动摩擦力乘木块相对皮带的位移，不是对地位移．(2)要理解电动机由于传递小木块多消耗的电能含义，即：小木块获得的动能与摩擦生热的和．(1)对小木块，相对滑动时，由μmg＝ma，得a＝μg，由v＝at，得小木块由静止到与传送带相对静止时所用的时间t＝vμg，则小木块的位移l＝12at2＝v22μg.(2)传送带始终匀速运动，转过的路程s＝vt＝v2μg.(3)小木块获得的动能Ek＝12mv2.(4)摩擦过程产生的热量Q＝μmg(s－l)＝12mv2.(5)由能的转化与守恒得，电动机多输出的能量转化为小木块的动能与摩擦产生的热量有E电＝Ek＋Q＝mv2.[答案](1)v22μg(2)v2μg(3)12mv2(4)12mv2(5)mv2[规律方法]分析摩擦力做功的两点技巧(1)摩擦力做功特点①无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，它们都可以做负功或做正功，也可以不做功．②互为作用力和反作用力的一对静摩擦力所做的总功为零；而互为作用力和反作用力的一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值．(2)因摩擦而产生的内能的计算Q＝Ff·x相，其中Ff指滑动摩擦力的大小，x相指发生摩擦的物体间的相对位移的大小．|对点训练|3．(多选)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：选BD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选项没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，A、C错误，B、D正确．4．(2019·安阳期末)如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B，刚好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时木板对地位移为x，求这一过程中：(1)木板增加的动能；(2)小铁块减少的动能；(3)系统机械能的减少量．解析：(1)对B根据动能定理得：μmgx＝12Mv2－0从上式可知：ΔEkB＝μmgx.(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知ΔEkA＝－μmg(x＋l)．即小铁块减少的动能为－ΔEkA＝12mv02－12mv2＝μmg(x＋l)．(3)系统机械能的减少量为系统克服摩擦力做的总功，即ΔE减＝FfΔl＝μmgl.答案：(1)μmgx(2)μmg(x＋l)(3)μmgl★要点三能源及其开发和利用|要点归纳|1．人类与能源的关系(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志．(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害．2．常规能源和新能源的转化途径|例题展示|【例3】关于能源的利用和节能，下列说法正确的是()A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉[解析]能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来能源总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技来