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1、10.能量守恒定律与能源 目标定位 1. 了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确立的两类重要事 实。 2. 理解能量守恒定律，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，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和保护环境的意识。 研读教材 自主 学习 能量守恒定律 1 建立能量守恒定律的两个重要事实 (1) 确认了永动机的 _ 。 (2) 发现了各种自然现象之间能量的 _ _ _ 与 _ 。 2 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 _ 为另一种 形式，或者从一个物体 _ _ 到别的物体，在 _ 或 _ 的过程中，能量的 总量 _ _ 。 不可能
2、相互联系 转化 转化 转移 转化 转移 保持不变 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，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 普遍 重要 可靠 一个叫丹尼斯 李 ( Denn is L ee ) 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？并说明原因。 提示： 不能。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。 能源和能量耗散 1 能源与人类社会 人类对能源的利用大
3、致经历了三个时期，即柴薪时期、 _ 时期、 _ _ _ 时期。自工业革命以来，煤和 _ 成为人类的主要能源。 2 常规能源和新能源的转化方式 煤炭 石油 石油 3 能量耗散 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚焦起来供人类重 新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成 _ _ 和 _ _ ，热 和光被其他物质吸收之后变成周围环境的 _ ，我们无法把这些散失的能量收集 起来重新利用。 内能 光能 内能 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 _ ， 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。 5 能量转化的方向性与节
4、约能源的必要性 _ 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 _ _ _ ，但还是很有必要节约能 源。 虽未减少 能量耗散 守恒 判一判： (1) 煤自古至今都是人类的主要能源。 ( ) (2) 能量在转化或转移过程中 ，其总量会不断减少。 ( ) (3) 在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少。 ( ) (4) 能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性。 ( ) (5) 人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。 ( ) (6) 世上总能量虽然不变，但我们仍需要有节能意识。 ( ) 答案： (1) (2) (3) (4) (
5、5) (6) 课堂互动 考点 探究 功能关系的理解和应用 1 功能关系概述 (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，具体功能关系如表： 功 能量转化 关系式 重力做功 重力势能的改变 W G E p 弹力做功 弹性势能的改变 W F E p 合外力做功 动能的改变 W 合 E k 除重力、系统内弹力以外的其他力做功 机械能的改变 W E 机 两物体间滑动摩擦力对物体系统做功 内能的改变 F
6、f x 相对 Q ( 多选 ) (2016 保定高一检测 ) 如图所示，一固定斜面倾角为 30 ，一质 量为 m 的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大 小等于重力加速度的大小 g 。物块上升的最大高度为 H ，则此过程中，物块的 ( ) A 动能损失了 2 mgH B 动能损失了 mgH C 机械能损失了 mgH D 机械能损失了 1 2 mgH 解析： 由于 mg sin 30 F f mg ，故 F f 1 2 mg ，由动能定理 mgH F f 2 H E k 知，动能变化量 E k 2 mgH ，即动能减少了 2 m g H ， A 对， B 错；机械 能的
7、变化量 E F f 2 H mgH ， C 对， D 错。 答案： AC 变式训练 1 行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发 出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈， 线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是 ( ) A 物体的动能转化为其他形式的能 B 物体的势能转化为其他形式的能 C 物体的机械能转化为其他形式的能 D 其他形式的能转化为物体的机械能 解析： 四个运动过程中的能量转化见下表： 运动过程 能量转化 汽车制动 动能 内能 流星坠落 重力势能 光能、内能 降落伞下降 重力势能 内能 磁铁穿过线圈 重力势能 电
8、能 结论：物体的机械能转化为其他形式的能。 答案： C 对能量守恒定律的理解及应用 1 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) E 增 E 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。 2 机械能守恒定律与能量守恒定律的关系 机械能守恒定律是能量守恒定律的特种背景下的一种特殊表现形式。 如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为 h ，质量为 m 的小物块 A 从坡道顶端由静止滑 下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使 A 制动，将 轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线 M 处的墙上，另一端恰位于坡道的底端 O 点。已知在 OM 段，物块
9、 A 与水平面间的动摩擦因数均为 ，其余各处的摩擦不 计，重力加速度为 g ，求： (1) 物块滑到 O 点时的速度大小； (2) 弹簧为最大压缩量 d 时的弹性势能 ( 设弹簧处于原长时弹性势能为零 ) ； (3) 若物块 A 能够被弹回到坡道上，则它能够上升的最大高度是多少。 解析： (1) 由机械能守恒定律得 mgh 1 2 m v 2 解得 v 2 gh 。 (2) 在水平滑道上物块 A 克服摩擦力所做的功为 W m gd 由能量守恒定律得 1 2 m v 2 E p mgd 以上各式联立得 E p mgh mgd 。 (3) 物块 A 被弹回的过程中，克服摩擦力所做的功仍为 W m
10、gd 由能量守恒定律得 E p m gd mg h 所以物块 A 能够上升的最大高度为 h h 2 d 。 答案： (1) 2 gh (2) m gh mgd (3) h 2 d 【 规律方法 】 运用能量守恒定律解题的基本思路 变式训练 2 ( 多选 ) (2015 江苏单科 ) 如图所示，轻质弹簧一端固 定，另一端与一质量为 m 、套在粗糙竖直固定杆 A 处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。圆环从 A 处由 静止开始下滑，经过 B 处的速度最大，到达 C 处的速度为零， AC h 。圆环在 C 处获得一竖直向上的速度 v ，恰好能回到 A 。弹簧始终在弹性限度内，重力加速 度为 g 。则圆环
11、 ( ) A 下滑过程中，加速度一直减小 B 下滑过程中，克服摩擦力做的功为 1 4 m v 2 C 在 C 处，弹簧的弹性势能为 1 4 m v 2 mgh D 上滑经过 B 的速度大于下滑经过 B 的速度 解析： 由题意知，圆环从 A 到 C 先加速后减速， 到达 B 处的加速度减小为 零，故加速度先减小后增大，故 A 错误；根据能量守恒，从 A 到 C 有 mgh W f E p ，从 C 到 A 有 1 2 m v 2 E p mgh W f ，联立解得： W f 1 4 m v 2 ， E p mgh 1 4 m v 2 ， 所以 B 正确， C 错误；根据能量守恒，从 A 到 B
12、有 mgh 1 1 2 m v 2 B 1 E p1 W f 1 ， 从 C 到 B 有 1 2 m v 2 E p2 1 2 m v 2 B 2 W f 2 mgh 2 ，又有 1 2 m v 2 E p mgh W f ，联立 可得 v B 2 v B 1 ，所以 D 正确。 答案： BD 随堂演练 当堂 达标 1 (2016 杭州高一检测 ) 下列对能的转化和守恒定律的认识错误的是 ( ) 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
13、，说明机械能消失了 解析： 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成了石子本身及周围物体 的内能，能量并没有消失，故 D 错误。 答案： D 2 (2016 沈阳高一检测 ) 关于能量和能源，下列说法正确的是 ( ) A 在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少 B 由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 C 能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D 人类在不断地开
14、发和利用新能源，所以能量可以被创造 解析： 由于自然界的能量守恒，所以在利用能源的过程中，能量在数量上 并未减少，选项 A 正确；由于能源的品质逐渐降低，故仍需要节约能源，选项 B 错误；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，比如一杯热水经过一段时间， 热量流失，水冷了，所以转化具有方向性，故 C 不正确；人类在不断地开发和利 用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故 D 不正确。 答案： A 3 某人将原来放在地面上质量为 1 kg 的物体匀加速向上提升 1 m ，这时物 体获得 2 m/s 的速度，在这个过程中，以下说法正确的是 ( g 取 10 m/s 2 )( ) A 手对物体做功
15、为 10 J B. 合外力对物体做功为 12 J C 合外力对物体做功为 2 J D 物体重力势能增加了 12 J 解析： 重力做功 W G mgh 1 10 1 J 10 J ，故重力势能增加 10 J ，选项 D 错误；设手对物体做功为 W s，由动能定理得 W s W G 1 2 m v 2 1 2 1 2 2 J 2 J ，解得 W s 2 J W G 2 J ( 10 J) 12 J ，因此，选项 A 、 B 均错误， C 正确。 答案： C 4 ( 多选 ) 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
16、 F f ，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 1 2 m v 2 B F 对物体做的功等于物体机械能的增量，即 Fh 1 2 m v 2 mgh C F 与 F f 对物体做的功等于物体机械能的增量，即 ( F F f ) h 1 2 m v 2 mg h D 物体所受合力做的功，等于物体动能的增量，即 ( F F f mg ) h 1 2 m v 2 解析： 根据动能定理，物体所受合力做的功，等于物体动能的增量 ，即 ( F F f mg ) h 1 2 m v 2 ，故选项 A 错误， D 正确；除重 力、弹力之外的其他力所做的功等于物体机械能的
17、变化量，即 ( F F f) h 1 2 m v 2 mg h ，选项 C 正确， B 错误。 答案： CD 5. 如图所示，一轻质弹簧原长为 l ，竖直固定在水平面上，一质量为 m 的小 球从离水平面高为 H 处自由下落，正好压在弹簧上，下落过程中小球遇到的空气 阻力恒为 F 阻 ，小球压缩弹簧的最大压缩量为 x ，则弹簧被压到最短时的弹性势能 为 ( ) A ( mg F 阻 )( H l x ) B mg ( H l x ) F 阻 ( H l ) C mgH F 阻 ( l x ) D mg ( l x ) F 阻 ( H l x ) 解析： 小球重力势能的减少量为 E p mg ( H l x ) 克服空气阻力做的功为 W f F 阻 ( H l x ) 弹性势能的增加量为 E E p W f ( mg F 阻 )( H l x ) 故选项 A 正确。 答案： A 谢谢观看！
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