1、1能量 能量守恒定律 第四章 能源与可持续发展 学习目标：1物理观念了解能量的概念及能量的分类。2科学思维通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。3科学态度与责任学会用能量的观点理解和处理问题。知识梳理 基础自测 自主预习探新知 NO.1阅读本节教材第 142 页146 页，并梳理必要知识点 一、机械能的守恒与不守恒 1对于由几个物体组成的系统来说，系统的机械能守恒的条件是：。只有重力或弹力做功2如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化，如果外力做正功，系统的机械能；反之则系统的机械能。减少增加3如果一个系统除重力或弹力以外，还有其他内力(如滑动
2、摩擦力)做功，由于一对相互作用的滑动摩擦力所做功之和一定是值，因此系统的机械能会，同时有产生(称为摩擦生热)。精确的研究证明，系统机械能的减少量等于所生成的，也可以说减少的机械能转化成了。负减少热量热量内能二、能量的分类及能量守恒定律 1机械运动对应着；热运动，即分子的无规则运动对应着；电磁运动对应着；化学变化，即原子的外层电子变动，对应着；原子核的变化对应着等等。机械能内能电磁能化学能核能2能量守恒定律 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，或者从一个物体到另一个物体，在或的过程中，其总量保持。转化转移转化转移不变1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)机械
3、能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式。()(2)在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少。()(3)世上总能量不变，所以我们不需要节约能源。()(4)人类不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。()2下列说法正确的是()A能就是功，功就是能 B外力对物体做功越多，这个物体的能量就越大 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做功的多少来量度 D 功和能是两个不同的概念，外力对物体做功的多少只是说明了能量转化的多少，而不能说明物体能量的多少，外力对物体不做功不能说明物体没有能量，ABC 错误；功是能量转化的量度，D正确。3(多选)关于能量和能源，下列说法正确的是()A
4、由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 B人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造 C氢能源是清洁能源 D能量可以从一种形式转化为另一种形式 CD 自然界的能量守恒，但能源需要节约，故 A 错误；为了提高生活质量，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 B 错误；氢燃烧的产物是水，所以氢能源是清洁能源，故 C 正确；能量可以从一种形式转化为另一种形式，故 D正确。合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 能量守恒定律的理解和应用 (1)如图是小型汽油机模型，汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？(2)内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？提示：(1)汽油燃烧时化学能
5、转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。(2)不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。1能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。2能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。(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。3应用能量转化与守恒解题
6、的步骤(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。(2)分别列出减少的能量 E 减和增加的能量 E 增的表达式。(3)依据 E 减E 增列式求解。【例 1】如图所示，一个粗细均匀的 U 形管内装有同种液体，液体质量为 m。在管口右端用盖板 A密闭，两边液面高度差为 h，U 形管内液体的总长度为 4h，先拿去盖板，液体开始运动。由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为()A 116mgh B18mgh C14mghD12mghA 去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图
7、所示，最终状态可等效为右侧12h 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则 Q18mg12h 116mgh，故 A 正确。利用能量转化与转移解题的两点注意(1)能量既可通过做功的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移。(2)能量在转化与转移过程中，能量的总量保持不变。利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏。跟进训练 1如图所示，皮带的速度是 3 m/s，两圆心的距离 s4.5 m，现将 m1 kg 的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数 0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右
8、轮正上方时，求：(g 取 10 m/s2)(1)小物体获得的动能 Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量 Q；(3)这一过程电动机消耗的电能 E。解析(1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为 s。mgs12mv2，解得 s3 m4.5 m 即物体可与皮带达到共同速度，此时 Ek12mv212132 J4.5 J。(2)由 mgma 得 a1.5 m/s2 由 vat 得 t2 s，则 Qmg(vts)0.15110(63)J4.5 J。答案(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J(3)由能量守恒知 E 电EkQ4.5 J4.5 J9 J。功能关系的理解与应用 1功能关系概述(1
9、)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，具体功能关系如下表：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 功能量转化关系式 除重力、系统内弹力以外的其他力做功机械能的改变WE 机两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能的改变Ffx 相对Q【例 2】如图所示，在竖直平面内有一半径为 R 的圆弧轨道，半径 OA 水平、OB 竖直，一个质量为 m 的小球自
10、A 的正上方 P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点 B 时恰好对轨道没有压力。已知 AP2R，重力加速度为 g，则小球从 P 到 B 的运动过程中()A重力做功 2mgR B机械能减少 mgR C合外力做功 mgR D克服摩擦力做功12mgR D 重力做功与路径无关，所以 WGmgR，故选项 A 错；小球在 B 点时所受重力提供向心力，即 mgmv2R，所以 v gR，从 P点到 B 点，由动能定理知：W 合12mv212mgR，故选项 C 错；根据能量守恒知：机械能的减少量为|E|Ep|Ek|12mgR，故选项B 错；克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，故选项 D 对。跟进训练 2
11、如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为 M 的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为 m 的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为，当小铁块在长木块上相对长木块滑动 L 时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为 l，求这个过程中：(1)小铁块增加的动能；(2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量；(4)系统产生的热量。解析 画出这一过程两物体位移示意图，如图所示。(1)根据动能定理得 mg(lL)Ek 即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功。(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得 EkMmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功
12、 mgl。(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功 EmgL。(4)m、M 间相对滑动的位移为 L，根据能量守恒定律，有 QmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能。答案(1)mg(lL)(2)mgl(3)mgL(4)mgL 当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是()A因为能量守恒，所以不需要节约能源 B因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C不同形式的能量之间可以相互转化 D能量可以被消灭，也可以被创生 1 2 3 4 5 C 自然界的总
13、能量是守恒的，能量既不能被消灭，又不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质会降低，可利用的能源会减少，所以会有能源危机，我们要节约能源，C 正确。1 2 3 4 5 2关于能源的开发和应用，下列说法中正确的是()A能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程 B化石能源的能量归根结底来自于太阳能，因此化石能源永远不会枯竭 C在广大的农村推广沼气前景广阔、意义重大，既变废为宝，减少污染，又大量节约能源 D随着科学技术的发展，煤炭资源将取之不尽、用之不竭 1 2 3 4 5 C 能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程，各种转化形式均可为人类服务，A 错误；化石能源的能量虽然来自太阳能，但
14、要经过数亿年的地质演变才能形成，且储量有限，为不可再生能源，B 错误；在广大农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大，功在当代，利在千秋，C 正确；无论技术先进与否，煤炭资源不可能取之不尽、用之不竭，D 错误。1 2 3 4 5 3如图所示，在高台跳水比赛中，质量为 m 的跳水运动员进入水中后受到水的阻力(包含浮力)而竖直向下做减速运动，设水对她的阻力大小恒为 F，则在她减速下降深度为 h 的过程中，下列说法正确的是(g 为当地的重力加速度)()1 2 3 4 5 A她的动能减少了 Fh B她的重力势能减少了 mgh C她的机械能减少了(Fmg)h D她的机械能减少了 mgh 1 2 3
15、4 5 B 减速下降深度为 h 的过程中，根据动能定理知，动能的减小量等于克服分力做的功，为(Fmg)h，故 A 错误；减速下降深度为 h 的过程中，重力势能的减小量等于重力做的功为 mgh，故 B 正确；减速下降深度为 h 的过程中，机械能的减小量等于克服阻力做的功，为 Fh，故 CD 错误。1 2 3 4 5 4(多选)如图所示，质量为 M 的木块放在光滑的水平面上，质量为 m 的子弹以速度 v0 沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度 v 运动。已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为 l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力 Ff 视为恒定，则下列关系式中正确的是(
16、)1 2 3 4 5 AFfl12Mv2 BFfd12Mv2 CFfd12mv2012(Mm)v2 DFf(ld)12mv2012mv2 1 2 3 4 5 ACD 画出运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离为 l，子弹进入木块的深度为d 时，子弹相对于地面发生的位移为 ld。由牛顿第三定律知，子弹对木块的作用力大小也为 Ff。1 2 3 4 5 子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得 Ffl12Mv2 木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得 Ff(ld)12mv212mv20 由得 Ffd12mv2012(Mm)v2 所以，本题选项 ACD 正确。1 2 3 4 5 5情境：氢气是一种清洁能源，它燃烧后只生成水，对环境无污染，某同学设想了一个利用氢能的方案，如图是它的示意图，请你判断这一方案的可行性，并说明理由。1 2 3 4 5 判断：_(选填“可行”或“不可行”)理由：_ _。答案 不可行 违反了能量守恒定律 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!