1、 第二章 机械能守恒定律第十节 能量守恒定律与能源【知能准备】1能量(1)概念.一个物体能够对外 ,我们就说这个物体具有 。如:运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量。又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体都能对外做功.因此都具有能量。(2形式：能量有各种不同的形式。运动的物体具有 ;被举高的重物具有 ;发生弹性形变的物体具有 ;由大量粒子构成的系统具有 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ;内能与大量微观粒子的 相对应(
2、3)能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中 保持不变。也就是说当某个物体的能量 时,一定存在其他物体的能量 且减少量一定 增加量;当 的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定 增加量。（4）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 的过程。且做了多少功,就有 能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的 。2能量守恒定律(1)内容:能量既不会 ，也不会 ,它只会从一种形式 为其地形式,或者从一个物体 另一个物体,而在转化和转移过程中.能量的总量 ,这个规律叫做能量守恒定律.(2)定律的表达式： 3.能源和能量耗散(
3、1)能源是人类社会活动的物质基础.人类利用能源大致经历了三个时期,即，。(2)能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,它就不会起来供人类重新利用;电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们也无法把这些内能起来这种现象叫做能量的耗散。【同步导学】 1功与能能是状态量，功是过程量。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。如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
4、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。能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变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。例1分析常见力做功与能量转化的对应关系： 重力做功： 弹力做功：电场力做功： 电流做功：解答：重力做功：重力势能和其他能相互转化；弹力做功:弹性势能和其他能相互转化； 电场力做功:电势能与其他能相互转化； 电流做功:电能和机械能等其他形式的能相互转化2 能量守恒定律能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线。要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.滑动摩擦
5、力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能、即Q=FL相注意:(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。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。例2（05全国）如图2-10-1所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为mA、mB。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，B的速度为v。求此过程中物块A克服摩擦力所做的功。重力加速度为g。 解答：由于连结AB绳子在运
6、动过程中未松，故AB有一样的速度大小，对AB系统，由功能关系有：FhWmBgh=(mA+mB)v2 求得：W=FhmBgh(mA+mB)v2ABKF2-10-12-10-2例3一小滑块放在如图2-10-2所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为G，空气阻力做功的大小为D。当用这些量表达时，小滑块的动能的改变（指末态动能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变等于多少？解析：根据动能定理，动能的改变等于
7、外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功（因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此E = A B D 3能源和能量耗散能量耗散表明,在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。是能源危机更深层次的含意,也是“自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源”的根本原因。能量和能源是两回事；非再生能源和可再生能源是两回事。作为常规能源的煤炭、石油、天
8、然气等面临枯竭.节能和开发新的能源已是人类必须面对的实际问题.能源对造福人类具有极重要的意义,节约每一份能源,不仅能提高能源的利用价值,对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用新的能源有待于人类去开发.有待开发和利用的新能源主要指:太阳能、地热能、风能、水、能、核能。由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的,所以人们也称它们为化石燃料.由于这些能源是不能再次生产,也不可能重复使用的,所以称为非再生能源例4太阳能的储存一直是个难题.科学家发现,盐水湖被太阳晒久了,湖底的湿度会越来越高,并难以通过湖水的对流将热散发出去，而淡水湖不具备这一特点.根据这一特点,可以利用盐水湖来储存太阳能
9、.你能分析这是为什么吗?你能根据这规律设计出一种储存太阳能的具体方案吗？（提示:盐水湖中含盐量高的湖水密度大,总是留存湖底不会上浮)解答:在含盐量高的湖水的表面吸收了太阳能之后,部分水分被蒸发,使湖水表面水层含盐量变大且温度也随之升高.由于含盐量高的湖水密度大,所以这部分密度大、温度高的表层湖水就会在重力作用下下沉,将所吸收的郜分太阳能带到湖底,使湖底温度越来越高.由于湖底盐水密度大于上部湖水密度,因此湖底的盐水不会再向上运动,将热量散失,这就使得太阳能得到储存.建造一个具有一定深度的浓度足够高的盐水池,使其具有很好的保温性能,并且在水池底部安热传导装置,就可以实现利用盐水储存太阳能并且利用这
10、部分储存的太阳能为生产生服务4自然界中自发的能量的转化和转移具有方向性热量可以自发的由高温物体传递给低温物休,但不能自发的由低温物体传给高温物体冒起的煤烟和散开的炭灰不可能又重新组合成一堆煤炭，散失到周围环境中的内能不能回收重新利用。【同步检测】1下列关于功、能的说法正确的是（ ）A功就是能,能就是功B物体做功越多,物体的能就越大C外力对物体不做功,这个物体就没有能量D能量转化的多少可以用功来量度2.试说明下列利用能源的方式中,什么能转化为什么能?A水力发电B汽车行驶C电动机带动水泵抽水D核电站发电E火箭发射卫星3以下哪些过程遵守能的转化和守恒定律（ ）A自由落体运动的弹丸击中沙袋B电流通过电
11、阻丝使电能转化为内能C炮弹爆炸D单摆在有空气阻力的情况下摆动4风能和水能是以下哪一种能的间接形式（ ）A核能 B电能 C太阳能 D地热能5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人对物体做功12JB合外力对物体做功2JC物体克服重力做功10J D人对物体做的功等于物体增加的动能6行驶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芒；降落伞在空中匀速下落,上述不同规象包含的相同物理过程是（ ）A物体克服阻力做功B物体动能转化为其他形式的能C物体势能转化为其他形式的能D物体的机械能转化为其他形式的能7高20m的瀑布,1m
12、in内流下的水冲击水轮机后,其水流的功率有20%转变为电能,若发电的功率为200kW,则水流的功率为_1min内流下的水量是_.8(05上海)如图2-10-3所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止人与雪橇的总质量为70kg表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：位置ABC速度(m/s)2.012.00时刻(s)0410 (1)人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少?(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小(g 10ms2)2-10-3第十节 能量守恒定律与能源练习题1下列燃料中不属于化石燃料的是( )A煤 B木柴 C石油 D天
13、然气2下列关于对能的转化和守恒定律的认识正确的是（ ）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3利用下列哪种能源时,给人类带来的污染较小（ ）A煤 B石油 C天然气 D核能4关于能量转化的说法中正确的是A举重运动员把重物举起来,体内的一部分化学能转化为重力势能B电流通过电阻丝使电能转化为内能C内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程D做功的过程是能量转化的过程，做了10J功,就有10J能量发生转化5（00上海）如图2-10-4所示，长度相同
14、的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为2的小球，B处固定质量为的小球，支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动，开始时OB与地面相垂直，放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是（ ）AA球到达最低点时速度为零。BA球机械能减少量等于B球机械能增加量。CB球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动时的高度。2-10-5D当支架从左向右回摆动时，A球一定能回到起始高度。 2-10-46（05江苏）10如图2-10-5所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力F拉绳，使滑块从A点起由静止开始上升若从A点上升
15、至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1、W2，滑块经B、C两点时的动能分别为EKB、EKc，图中AB=BC，则一定有（ ）(A)WlW2 (B)W1EKC (D)EKBEKC7在水平地面上平铺n块砖,每块砖的质量为m,厚度为h.如将砖一块一块地叠放在一起,至少需要做 功。8一小物体以50J的初动能滑上斜面,当动能为25J时,机械能减少2J,则当物体滑回原出发点时动能= J9如图2-10-6所示，物体在光滑水平面匀速向左运动时具有的动能为100J，后来碰到一轻弹簧，当弹簧压缩到最短时弹簧的弹性势能为 J，在物体压缩弹簧的过程中，弹簧的弹力做了 J功。v2-10-610（05北京）
16、是竖直平面内的四分之一圆弧轨道，在下端B与水平直轨道相切，如图2-10-7所示。一小球自A点起由静止开始沿轨道下滑。已知圆轨道半径为R，小球的质量为m，不计各处摩擦。求（1）小球运动到B点时的动能（2）小球下滑到距水平轨道的高度为R/2时的速度大小和方向（3）小球经过圆弧轨道的B点和水平轨道的C点时，所受轨道支持力NB、NC各是多大？OmABVCVR2-10-7 11（ 05全国）如图2-10-8所示，质量为m1 的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2 的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A、B都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于
17、伸直状态，A上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上挂一质量为m3的物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升。若将C换成另一个质量为(m1+m3) 的物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D的速度的大小是多少？已知重力加速度为g。2-10-8ABm2km12-10-912（01年上海理综)随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务.图2-10-9是上海明珠线某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度.请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点. 2-10-1013有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设
18、一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了（如图2-10-10所示）14如图2-10-11，一传送皮带与水平面夹角为30，以2m/s的恒定速度顺时针运行.现将一质量为10 kg的工件轻放于底端，经一段时间送到高2m的平台上，工件与皮带间的动摩擦因数为= /2，求带动皮带的电动机由于传送工件而多消耗的电能.2-10-11 第十节 能量守恒定律与能源知能准备答案1做功 能量、动能、重力势能、弹性势能、内能 机械运动 热运动 总量 减少 增加 等于某种形式 等于
19、能量之间转化(或转移) 多少 量度 消灭 创生 转化 转移 保持不变E初= E终E增= E减柴薪时期、煤炭时期、石油时期自动聚集收集重新利用第十节 能量守恒定律与能源同步检测答案1D 2A机械能-电能， B 化学能-内能-机械能 ，C -电能-机械能，D原子核能-电能， E 化学能-内能-机械能3ABCD4C5ABC6AD71000kw、300m385m/s 60N第十节 能量守恒定律与能源练习题答案 B ABC D ABCD BCD A n(n-1)mgh/2 42J 100 、100 （1）Ek=mgR （2）v=速度方向沿圆弧的切线向下，与竖直方向成30 3）NB=3mg NC=mg11v=12列车进站时，列车上坡自然会减速，使得部分动能转化为重力势能，能量转化，减少了因为刹车而损耗的机械能；列车出站时开始一段轨道是下坡，利用下坡原先把储存的重力势能又转化为动能，列车加速。从而起到了节约能量的作用13略14 280 J
