1、【 精品教育资源文库 】 第 4 课时 能量守恒定律与能源 1.功能关系 (1)功是 能量转化 的量度 ， 即做了多少功就有多少 能量 发生了转化。 (2)做功的过程一定伴随着 能量的转化 ， 而且 能量的转化 必须通过做功来实现。 2.能源 3.能量耗散 (1)定义：在能量的转化过程中 ， 一部分能量转化为内能流散到周围环境中 ， 我们无法把这些内能收集起来重新利用 ， 这种现象叫做能量的耗散。 (2)能量耗散带来的问题：一是可利用的能源越来越少 ， 造成能源危机；二是使环境吸收的耗散能量越来越多 ， 造成环境污染 ， 温度升高。 4.能量守恒定律 (1)内容：能量既不 会消灭 ， 也 不
2、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 减 E 增 。 【思考判断】 1.物体在速度增大时 ， 其机械能可能在减小 ( ) 2.摩擦力在做功时 ， 机械能一定会发生转化 ( ) 3.力对物体做了多少功 ， 物体就具有多少能 ( ) 4.能量在转移或转化过程中 ， 其总量会不 断减少 ( ) 5.在物体的机械能减少的过程中 ， 动能有可能是增大的 ( ) 6.既然能量在转移或转化过程中是守恒的 ， 故没有必要节约能源 ( ) 7.节约可利用能源的目的是为了减少污染排放 (
3、) 8.滑动摩擦力做功时 ， 一定会引起机械能的转化 ( ) 【 精品教育资源文库 】 9.一个物体的能量增加 ， 必定有别的物体能量减少 ( ) 考点一 功能关系 能源 (c/d) 要点突破 功和能的关系如下： 典例剖析 【例 1】 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 解析 物体上升过程中 ， 动能和重力势能增加 ， 同时由于摩擦生
4、热 ， 人体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 ， 故选项 D 正确。 答案 D 【例 2】 已知货物的质量为 m， 在某段时间内起 重机将货物以加速度 a 加速提升 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 mgh B.货物的机械能一定增加 mah C.货物的重力势能一定增加 mah 【 精品教育资源文库 】 D.货物的机械能一定增加 mah mgh 解析 准确把握功和对应能量变化之间的关系 是解答此类问题的关键 ， 具体分析如下： 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所受合外力做的
5、功 mah 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不等于合外力做的功 错误 C 功能关系 ， 重力势能的增量等于货物克服重力做的功 mgh 错误 D 功能关系 ， 货物机械能的增量等于起重机拉力做的功 m(g a)h 正确 答案 D 针对训练 1.有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是：关好房间的门窗 ， 然后打开冰箱的所有门让冰箱运转 ， 且不考虑房间内 外热量的传递。则开机后 ， 室内的温度将 ( ) A.升高 B.保持不变 C.开机时降低 ， 停机时升高 D.开机时升高 ， 停机时降低 解析 电冰箱的压缩机运行时 ， 一部分电能转化为内能 ， 室内
6、的温度将升高。 答案 A 2.出行是人们工作生活中必不可少的环节 ， 出行的工具五花八门 ， 使用的能源也各不相同。自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是 ( ) 生物能 核能 电能 太阳能 化学能 A. B. C. D. 解析 人骑自行车是将生物能转化为机械能；电动自行车是将蓄电池的电 能转化为机械能；普通汽车是将汽油的化学能转化为机械能 ， 所以 B 正确。 答案 B 3.质量为 m 的物体由静止开始下落 ， 由于空气阻力影响 ， 物体下落的加速度为 45g， 在物体下落高度为 h 的过程中 ， 下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A.物体的动能增加了 45mg
7、h B.物体的机械能减少了 45mgh C.物体克服阻力所做的功为 45mgh D.物体的重力势能减少了 45mgh 解析 下落阶段 ， 物体受重力和空气阻力 ， 由动能定理 W Ek， 即 mgh Ff h Ek， Ffmg 45mg 15mg， 可求 Ek 45mgh， 选项 A 正确；机械能减少量等于克服阻力所做的功 W Ff h 15mgh， 选项 B、 C 错误；重力势能的减少量等于重力做的功 Ep mgh， 选项 D 错误。 答案 A 考点二 能量守恒定律 (c/d) 要点突破 1.对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 ， 且减少量和增加量
8、一定相等。 (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。这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路。 2.能量守恒定律解题思路 典例剖析 【例 1】 (2017 温州模拟 )蹦极是一项既惊险又刺激的运动 ， 深受年轻人的喜爱。如图所示 ， 蹦极者从 P 点由静止跳下 ， 到达 A 处时弹性绳刚好伸直 ， 继续下降到最低点 B 处 ， B 离水面还有数米距离。蹦极者 (视为质点 )在其下降的整个过程中 ， 重力势能的减少量为 E1，绳的弹性势能的 增加量为 E2， 克服空气阻力做的功为 W， 则下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】
9、A.蹦极者从 P 到 A 的运动过程中 ， 机械能守恒 B.蹦极者与绳组成的系统从 A 到 B 的运动过程中 ， 机械能守恒 C. E1 W E2 D. E1 E2 W 解析 蹦极者从 P 到 A 及从 A 到 B 的运动过程中 ， 由于有空气阻力做功 ， 所以机械能减少 ，选项 A、 B 错误；整个过程中 重力势能的减少量等于绳的弹性势能增加量和克服空气阻力做功之和 ，即 E1 W E2， 选项 C 正确 ， 选项 D 错误。 答案 C 【例 2】 如图所示 ， 光滑水平面 AB 与竖直面内的半圆形导轨在 B 点相切 ， 半圆形导轨的半径为 R。一个质量为 m 的物体将弹簧压缩至 A 点后由
10、静止释放 ， 在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹 簧 ， 当它经过 B 点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的 8 倍 ， 之后向上运动恰能到达最高点 C。 (不计空气阻力 )试求： (1)物体在 A 点时弹簧的弹性势能； (2)物体从 B 点运动至 C 点的过程中产生的内能。 解析 (1)设物体在 B 点的速度为 vB， 所受弹力为 FNB， 则有 FNB mg mv2BR 又 FNB 8mg 由能量转化与守恒可知： 弹性势能 Ep 12mv2B 72mgR。 (2)设物体在 C 点的速度为 vC，由题意可知 mg mv2CR 【 精品教育资源文库 】 物体由 B 点运动到 C 点
11、的过程中 ， 由能量守恒得 Q 12mv2B 12mv2C mg2 R 解得 Q mgR。 答案 (1)72mgR (2)mgR 【例 3】 如图所示 ， 一水平方向的传送带以恒定的速度 v 2 m/s 沿 顺时针方向匀速转动，传送带右端固定着一光滑的四分之一圆弧面轨道 ，并与弧面下端相切。一质量 m 1 kg 的物体自圆弧面轨道的最高点静止滑下 ， 圆弧轨道的半径 R 0.45 m， 物体与传送带之间的动摩擦因数为 0.2， 不计物体滑过曲面与传送带交接处时的能量损失 ， 传送带足够长 ， g10 m/s2， 求： (1)物体从第一次滑上传送带到离开传送带经历的时间； (2)物体从第一次滑上
12、传送带到离开传送带的过程中 ， 传送带对物体做的功及由于摩擦产生的热量。 解析 (1)沿圆弧轨道下滑过程中机械能守恒 ， 设物体滑上传送带时的速度为 v1， 则 mgR 12mv21， 得 v1 3 m/s 物体在传送带上运动的加速度 a mgm g 2 m/s2 物体在传送带上向左运动的时间 t1 v1a 1.5 s 向左滑动的最大距离 x v212a 2.25 m 物体向右运动速度达 到 v 时 ， 已向右移动的距离 x1 v22a 1 m 所用时间 t2 va 1 s， 匀速运动的时间 t3 x x1v 0.625 s 所以 t t1 t2 t3 3.125 s。 【 精品教育资源文库
13、 】 (2)根据动能定理 ， 传送带对物体做的功 W 12mv2 12mv21 2.5 J， 物体相对传送带滑过的位移 x v2 v21 2a v(t1 t2) 6.25 m， 由于摩擦产生的热量 Q mg x 12.5 J 答案 (1)3.125 s (2) 2.5 J 12.5 J 【方法总结】 用能量观点分析传送带问题 传送带模型因初始条件 ， 滑块的运动规律各不相同 ， 但总 体而言可以从力和运动及能量转化观点分析。主要可分为两类： (1)在水平传送带模型 中 ，摩擦力对滑块所做的功与滑块动能增量相等；系统的摩擦热产生在滑块与传送带相对滑行阶段。 (2)在倾斜传送带模型中 ， 摩擦力和
14、重力对滑块做功的代数和等于滑块动能的增量。 针对训练 1.(2015 浙江 10 月学考 )画作瀑布如图所示。 有人对此画作了如下解读：水流从高处倾泻而下，推动水轮机发电，又顺着水渠流动，回到瀑布上方，然后再次倾泻而下，如此自动地周而复始。这一解读违背了 ( ) A.库仑定律 B.欧姆定律 C.电荷守恒定律 D.能量守恒定律 解析 水从高处倾泻而下 ， 推动水轮机发电 ， 水减少的重力势能一部分转化为电能 ， 水的机械能减少 ， 水又顺着水渠流动 ， 回到瀑布上方 ， 机械能又变为原来的值 ， 这 违背了能量守恒定律 ，选项 D 正确。 答案 D 2.太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一种新型汽车。已知太阳辐射【 精品教育资源文库 】 的总功率约为 4 1026 W， 太阳到地球的距离为 1.510 11 m， 假设太阳光传播到达地面的过程中约有 40%的能量损耗 ， 某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到的太阳能转化为机械能 的转化效率约为 15%。若驱动该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率为 5 kW， 且其中的 15来自于太阳 能电池板，则所需
