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10能量守恒定律与能源同学们，上一节我们学习了验证机械能守恒定律的实验，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：1．在验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器限位孔不在同一竖直线上，使得纸带通过时受到较大阻力，则以下关系正确的是()A．mgh＞12mv2B．mgh＜12mv2C．mgh＝12mv2D．以上都有可能【答案】A【解析】纸带受到较大阻力，重物克服阻力做功，设为W，根据动能定理有mgh－W＝12mv2，所以mgh＞12mv2．2．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，计算结果保留3位有效数字).时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝____________m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能的增加量ΔEp＝____________J，动能的减少量ΔEk＝____________J；(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp____________ΔEk(填“”“”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是_____________________________．【答案】(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力【解析】(1)t5时刻小球的速度v5＝16.14＋18.662×0.05×10－2m/s＝3.48m/s．(2)从t2到t5时间内，重力势能的增加量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2J＝1.24J，动能减少量ΔEk＝12mv22－12mv52＝1.28J．(3)ΔEpΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．一、能量守恒定律1．内容：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只能从一种形式______为另一种形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化和转移的过程，能量的总量________．产生消失转化转移不变2．建立能量守恒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__________和______．3．意义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______、最______、最______的自然规律之一，是大自然普遍和谐性的一种表现形式永动机相互联系转化普遍重要可靠有人在报刊上登大幅广告，在各地表演、展示其发明的无须任何能源的发电机．你认为这种发电机能制造出来吗？【答案】不能二、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__________起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为________和________，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____________收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散．聚集内能光能内能散失的能量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，能量在数量上并未_______，但在可利用的品质上_______了，从便于利用的变成了______________的了．3．能量转化的方向性与节约能源的必要性____________从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程____________．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______，但还是很有必要节约能源．减少降低不便于利用能量耗散具有方向性守恒1．能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且增加量与减少量相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在另一个物体的能量增加，且增加量与减少量相等．能量守恒定律的理解2．能量守恒定律的表达式(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，能量的增加量等于能量的减少量．3．能量守恒定律的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规律．例1自由摆动的秋千摆动的幅度越来越小，下列说法中正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量不变解析：秋千摆动的幅度越来越小，说明秋千在运动中由于受到空气阻力，故机械能将减小，转化为内能，由能量守恒可知，总能量是不变的，D正确．答案：D1．(2018辛集名校期中)下列关于能的转化与守恒定律的说法错误的是()A．能量能从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一物体B．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化C．一个物体能量增加，必然伴随着别的物体能量减少D．能的转化与守恒定律证明了能量既不会产生也不会消失【答案】A【解析】能量能从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一物体，A错误．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化，B正确．某一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少；一个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，C正确．能的转化与守恒定律证明了能量既不会产生也不会消失，D正确．本题选择错误的，故选A．1．功与能(1)相同点：功和能均是标量，国际单位均为焦耳．(2)不同点：功是过程量，能是状态量．功和能是两个不同的物理量．(3)关系：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转化的过程．功是能量转化的量做了多少功，就有多少能量发生了转化．功能关系的理解和应用2．功与能量变化的对应关系能量功关系重力势能重力做功ΔEp＝－WG弹性势能弹力做功ΔEp＝－W弹动能合力做功ΔEk＝W合机械能除重力、弹力外，其他力做功ΔE＝W他内能摩擦阻力做功Q＝fx相例2如图所示，一个质量为m的物体(可视为质点)以某一初速度从A点冲上倾角为30°的固定斜面，其运动的加速度为3g4，物体在斜面上上升的最大高度为h，则在整个过程中物体的()A．机械能守恒B．动能减少了3mgh2C．机械能减少了mghD．重力势能增加了3mgh4解析：如果只有重力做功的话，物体运动的加速度为a＝gsin30°＝12g，所以物体机械能不守恒，A错误；根据动能定理得ΔEk＝－ma·hsin30°＝－34mg·2h＝－32mgh，则物体的动能损失了32mgh，B正确；物体在斜面上上升的最大高度为h，物体克服重力做功为mgh，则重力势能增加了mgh，D错误；重力势能增加了mgh，物体的动能损失32mgh，则机械能损失了12mgh，C错误．答案：B2．(多选)如图所示，质量为1kg的滑块静止于水平面上，与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态，现用竖直向上的恒力F作用于弹簧上端，使滑块升高了0.2m，在此过程中拉力F做了10J的功．在上述过程中(g取10m/s2)()A．弹簧的弹性势能增加了8JB．滑块的动能增加了8JC．弹簧的弹性势能和滑块的动能总和增加了8JD．滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10J【答案】CD【解析】小木块的动能增加，重力势能也增加，弹簧的弹性势能也增加，由于拉力做功10J，故系统机械能总量增加了10J；木块升高了0.2m，故重力势能增加量为mgh＝2J，故动能和弹性势能增加量共为8J，故A、B错误，C、D正确．1．确定研究的对象和研究过程；2．明确分析所研究的过程中有多少种不同形式的能(包括动能、势能、内能等)发生变化．3．确定哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并求总的减少量ΔE减和总的增加量ΔE增．4．由能量守恒列式：ΔE减＝ΔE增．5．代入已知条件求解．能量守恒定律的应用步骤例3如图所示，可视为质点的物块A放在物体B上，物体B的斜面为弧面，A、B之间有摩擦，水平地面光滑．现将物块A从物块B的顶端由静止释放，在滑到物体B的底端前，下列说法正确的是()A．若物体B固定，则物块A减少的重力势能等于它的动能和系统增加的内能之和B．若物体B不固定，则物块A减少的机械能等于物体B增加的机械能C．物体B在固定与不固定的两种情况下，系统重力势能的减少量相等D．物体B在固定与不固定的两种情况下，摩擦产生的热量相等解析：若物体固定，物体A重力势能减少，动能增加，内能增加，根据能量守恒得，重力势能的减少量等于动能的增加量和系统内能的增加量之和，故A正确．物体B不固定，根据能量守恒得，A机械能的减少量等于B机械能的增加量和系统内能之和，故B错误．物体B在固定和不固定时，重力做功相等，重力势能的减少量相等，故C正确．在物体B固定与不固定的两种情况下，物体在同一位置所受的摩擦力不等，则摩擦力做功不等，产生的热量不等，故D错误．答案：AC3．一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增加的内能之和【答案】B【解析】由于子弹和木块的滑动摩擦力做负功，根据能量守恒得，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，故B正确．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与系统增加的内能之和，故A、C错误．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，故D错误．