1、4.3能量的转化与守恒学习目标重点难点1知道自然界中存在多种形式的能量。2记住能量守恒定律，知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。3知道能量耗散，知道第一类永动机不可能制成。重点：利用能量守恒动定律解决实际问题。难点：永动机不可制成的原因。一、分析小汽车行驶时能量的转化汽车行驶要消耗燃料，汽车各部分消耗的能量都是燃油的化学能转化来的，具体情况如下：预习交流1有资料显示，轿车行驶时，来自燃料的化学能在转化和转移的过程中，处处被分流、克扣，真正用于做有用功的能量竟然不到燃料烧热释放能量的13%，你对此有什么想法？答案：轿车的能量利用率很低，只有13%，由此可见研究并提高机器的实际能量利用
2、率，具有重要的经济和社会意义。二、能量守恒定律的确立1被誉为能量守恒定律的奠基者是德国的迈尔、英国的焦耳和德国的亥姆霍兹。2能量之间的相互转化自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有内能、电能、光能、化学能等，这些能量间可以相互转化，但总的能量不变，即遵守能的转化和守恒定律。3能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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其总量不变。预习交流2最近出现了一种“自发电电动车”，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
3、续运动下去吗？答案：不能。因为违反了能量守恒定律。一、对功与能的理解1怎样理解功与能的关系？答案：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。2不同形式的能量变化对应着不同的力做功吗？答案：不同形式的能量变化与不同的功对应。我们关心的大多是能量的变化量，而不是能量的具体数值，能量的转化必须通过做功才能实现，某种力做功往往与某一具体形式的能量变化相联系，即所谓功能关系。由于功是能量转化的量度，因此在做功的过程中必然伴随着能量的转化，不同的力做功，会引起不
4、同的能量发生转化。功能量转化关系式重力做功重力势能的改变WGEp弹力做功弹性势能的改变WFEp合外力做功动能的改变W合Ek除重力、弹力以外的其他力做功机械能的改变WE机3应用功能关系时应该注意哪些问题？答案：搞清力对“谁”做功：对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量变化。如子弹物块模型中，摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能的变化。（2010山东高考）如图所示，倾角30的粗糙斜面固定在地面上，长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平，用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面（此时物块未到达
5、地面），在此过程中（）。A物块的机械能逐渐增加B软绳重力势能共减少了mglC物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和答案：BD解析：取斜面最高点为参考平面，软绳重力势能减少量Ep绳mgmgsin 30mgl，选项B正确；物块向下运动，对物块，除重力以外，绳拉力对物块做负功，物块机械能减小，选项A错误；设W克为软绳克服摩擦力做的功，对系统由功能原理得Ep绳Ep物mv2m物v2W克，又因为Ep物m物v2，故选项C错而D对。（1）功和能是两个不同的概念，功是力在空间上的累积，做功需要一个过程。（2）能反映物体做功的本领，两者有本质的区别，
6、且功和能不能谈转化。（3）能量的转化是通过做功来实现的。二、对能量守恒定律的理解1能量有多种形式吗？答案：能量形式的多样性（1）能量有多种形式，如化学能、光能、核能等。由于命名方式的不同，同一种性质的能可以有不同的名称，如风能、水流能（实质为机械能）、太阳能（光能）、地热能（内能）等。（2）能量的多样性反映了物质运动形式的多样性，如机械能与宏观物体的机械运动相联系，内能与微观粒子的运动相联系。2怎样理解能量守恒定律的表达式？答案：能量守恒定律的表达式：E初E终，或E减E增。能量守恒表达式的含义：某种形式能量的减少，一定存在着其他形式能量的增加，且减少量一定和增加量相等。某个物体能量的减少，一定
7、存在着其他物体能量的增加，且减少量一定和增加量相等。能量守恒定律是自然界中的一个重要定律，它对于宏观和微观世界、高速和低速运动普遍成立，反映了自然界中存在着普遍联系。某物体以Ek160 J的初动能滑上斜面，当动能减少Ek150 J时，机械能减少E10 J；当物体返回原出发点时动能是多少？答案：36 J解析：设斜面倾角为，滑动摩擦力为f，动能减少50 J时位移为l1，根据功能关系，动能减少量等于合外力所做的功，即Ek1（mgsin f）l1机械能减少量等于除重力以外的力（此题中即为f）所做的功，即Efl1联立得mgsin 4f设物体从斜面底端到最高点位移为l2，则动能的减少量为60 J，即Ek1
8、（mgsin f）l2联立以上各式得fl212 J此过程机械能的减少量为上滑过程中克服滑动摩擦力所做的总功，所以有Wffl212 J上滑和下滑过程中，滑动摩擦力都做负功，且数值相等，所以一个往返过程中摩擦力做负功总和为Wf总2Wf24 J。所以最后物体的动能为Ek末Ek1Wf总36 J。1有相对运动的物体的功能关系两个相互作用的物体有相对运动时，例如一个物体在另一个物体上滑动，子弹打木块等。此时两物体所受的作用力大小相等，方向相反，求解做功时应分别对应相应的位移。系统产生的内能，等于摩擦力与相对位移的乘积。2应用能量守恒定律解题的步骤（1）搞清有几种形式的能在变化，如动能、势能（包括重力势能、
9、弹性势能）、内能等。（2）明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式。（3）列出能量守恒关系式：E增E减。1从地面竖直向上抛出一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为H，设上升过程中空气阻力f恒定。在小球从抛出到上升至最高处的过程中，下列正确的是（）。A小球的动能减少mgHB小球的动能减少fHC小球的机械能减少fHD小球的机械能减少（mgf）H答案：C解析：小球的动能减少量等于合力做的功，即Ek减（mgf）H，A、B错；小球机械能的减少量等于克服阻力做的功，即E减fH，C对，D错。2有关功和能，下列说法正确的是（）。A力对物体做了多少功，物体就具
10、有多少能B物体具有多少能，就一定能做多少功C物体做了多少功，就有多少能量消失D能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少答案：D3下述设想中，符合能量转化和守恒定律的是（）。A利用永磁铁和软铁的相互作用，做成一架机器，永远地转动下去B制造一架飞机，不携带燃料，只需利用太阳能就能飞行C做成一只船，利用流水的能量，逆水行驶，不用其他动力D利用核动力使地球离开太阳系答案：BD解析：A、C项不消耗任何其他能量，而维持转动或行驶，违背能量守恒定律，是错误的。B、D利用太阳能或核能，不违背能量守恒定律，所以B、D项正确。4某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一
11、风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面。如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转化为电能，则该风车的发电机功率是多大？答案：3.4 kW解析：在t时间内作用于风车的气流质量mr2vt，这些气流的动能为mv2，转化成的电能Emv210%。所以风车带动发电机的功率为Pr2v310%，代入数据得P3.4 kW。5当前热机的效率很低，研究和提高热机的实际能量利用率具有很重要的经济和社会意义。某热机在一次循环中消耗汽油的化学能为3 000 J，对外做的有用功为500 J。它在一次循环中要浪费多少热量？它的效率是多少？答案：2 500 J16.7%解析：根据能量守恒定律，该热机在一次循环中浪费的热量Q3 000 J500 J2 500 J。热机的效率100%16.7%。
