1、6 能源的开发与利用第四章 机械能和能源学习目标1.理解能量的概念，知道各种不同形式的能量2明确能量守恒的含义3会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题(重点难点)第四章 机械能和能源一、能量守恒定律 1内容 能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只能从_转化为_，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_保持不变 2机械能守恒定律与能量守恒定律的关系 机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的特种背景下的一种特殊表现形式产生消失一种形式另一种形式总量二、能源的利用 1能源的定义：能够提供某种形式能量的_.2人类最先使用的能源：人的体能、畜力、风力、水力等.3人类利用能源经历了柴草时期、_
2、时期和石油时期 4能源的分类(1)_能源：如煤、石油、天然气等常规能源(2)_能源：如风能、水能等物质资源煤炭非再生可再生5能源与环境(1)温室效应 成因：温室效应是人类过多地排放_，干 扰 了地球的热量平衡造成的 危害：温室效应会导致全球变暖，_，气候变化，疾病增多等(2)酸雨 成因：大气中酸性污染物质，如_、二氧化碳、_化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生_等物质 危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑和艺术品等二氧化碳海平面上升二氧化硫氮氧二氧化硫三、新能源的开发 1非再生能源对人类的要求(1)节约能源(2)开发和利用新能源
3、 2新能源(1)种类：太阳能、海洋能、风能、地热能、氢能、生物质能及核聚变能等(2)特点：多为可再生能源，且污染较小想一想 能量是守恒的，为什么还要节约能源？提示：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的总量并未减少，但从便于利用的变成不便于利用的了，且常规能源都是非再生能源，因此，人类一定要节约能源.对功能关系的理解学案导引 1举重运动员把重物举起来，能量是如何转化的？2全自动手表为什么不用上发条？1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
4、 化的量度 2不同形式的能量变化与不同的功对应 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(1)重力做功：重力势能和其他形式的能相互转化；(2)弹力做功：弹性势能和其他形式的能相互转化；(3)合外力做功：动能与其他形式的能相互转化；(4)除重力、系统内弹力外，其他力做的功：机械能与其他 形式的能相互转化3应用功能关系需注意的问题 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 特别提醒：功与能是两个不同概念,功是力在空间上的积累,做
5、功需要一个过程，能反映了物体对外做功的本领两者 有 本质的区别，且功与能不能相互转化，但物体的能量转 化是 通过做功来实现的行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；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物体克服阻力做功 B物体的动能转化为其他形式的能量 C物体的势能转化为其他形式的能量 D物体的机械能转化为其他形式的能量解析 四个现象中物体运动过程中都受到运 动阻力，汽 车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁 下 落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，故A对；四个 物
6、 体运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降 落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能总之都是 物体的 机械能转化为其他形式的能量，故D对 答案 AD 方法总结 不同形式的能与物体的不同运动形式相对应，如机械能对应机械运动；内能与大量微观粒子的热运动相对应1.如图所示，某同学利用橡皮筋将模型飞机弹出，在弹出过程中，下列说法正确的是()A橡皮筋收缩，弹力对飞机做功 B飞机的动能增加 C橡皮筋的弹性势能减少 D飞机的重力势能减少，转化为飞机的动能 解析：弹力对飞机做功，橡皮筋的弹性势能减少，弹性势能转化为飞机的动能和重力势能ABC对能量守恒定律的理解学案导引 1竖直上抛的小球(阻力不可忽略)
7、，什么能减少？什么能增加？2随着科技的发展，永动机可以制成吗？1表达式 E1减E2增 2含义(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 3应用步骤(1)分清哪些形式的能(如机械能、热能、电能等)在变化(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)依据能量守恒列式求解 特别提醒：(1)应用能量守恒规律解题时，一定要分清系统 中有哪些形式的能，什么能发生了转化或转移(2)滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于产生的内能.(2014成都四中高一月考)如图所示,在竖直平面内固定
8、有两个很靠近的同心圆形轨道，外圆ABCD光滑，内圆ABCD的上半部分BCD粗糙，下半部分BAD光滑一质量m0.2 kg的小球从轨道的最低点A，以初速度v0向右运动，球的尺寸略小于两圆间距，球运动的半径R0.2 m，取g10 m/s2.(1)若要使小球始终紧贴外圆做完整的圆周运动，初速 度v0 至少为多少？(2)若v03 m/s，经过一段时间小球到达最高点，内轨道对 小球的支持力N2 N，则小球在这段时间内克服摩 擦力 做 的功是多少？(3)若v03 m/s，经过足够长的时间后，小球经过最低点A时受到的支持力为多少？小球在整个运动过程中减少的机械能是多少？解析(1)设此情形下小球到达最高点的最小
9、速度为 vC，则有 mgmv2CR12mv2012mv2C2mgR代入数据解得 v0 10 m/s3.16 m/s.(2)设此时小球到达最高点的速度为 vC，克服摩擦力做的功为 W，则 mgNmv2CR2mgRW12mv2C12mv20代入数据解得 W0.1 J.(3)经足够长时间后，小球在下半圆轨道内做往复运动，设小球经过最低点的速度为 vA，受到的支持力为 NA，则有mgR12mv2ANAmgmv2AR代入数据解得 NA6 N设小球在整个运动过程中减少的机械能为 E，由功能关系有 E12mv20mgR代入数据解得 E0.5 J.答案 见解析 方法总结 运用能量守恒定律解题的关键是确定研究的
10、系统内有哪 些 形式的能参与了转化，什么形式的能增加了，增加了 多少；什么形式的能减少了，减少了多少，分别由功能关系列出 表 达式，最后列能量守恒方程求解2.如图所示，可视为质点的物块A放在物体B上，物体B的斜面为弧面，A、B之间有摩擦,水平地面光滑现将物块A从物体B的顶端由静止释放，在滑到物体B的底端前，下列说法不正确的是()A若物体B固定，则物块A减少的重力势能等于它的动能和系统增加的内能之和B若物体B不固定，则物块A减少的机械能等于物体B增加的机械能C物体B在固定与不固定的两种情况下，系统重力势能的减少量相等D物体B在固定与不固定的两种情况下，摩擦产生的热量不相等解析：选B若B固定，A减
11、少的重力势能转化为A的动能 和 系统增加的内能，选项A正确；若B不固定，A减少的重力势能转化为A、B的动能和系统增加的内能，选项B错误；B在固 定 与不固定的两种情况下，A下降的高度相等，所以系统重力势 能的减少量相等，选项C正确；B不固定时，由于A、B都运动,经过同一位置A的速度与B固定时A的速度不等，所以同一位置 的摩擦力大小不等，因而摩擦产生的热量不等，选项D正确3(2013高考海南卷)一质量m0.6 kg的物体以v020 m/s 的初速度从倾角30的斜坡底端沿斜坡向上运动，当物体向上滑到某一位置时，其动能减少了Ek18 J，机械能减少了E3 J，不计空气阻力，重力加速度g10 m/s2
12、，求：(1)物体向上运动时加速度的大小；(2)物体返回斜坡底端时的动能解析：(1)设物体运动过程中所受的摩擦力为 f，向上运动的加速度的大小为 a，由牛顿第二定律可知amgsin fm设物体的动能减少 Ek 时，在斜坡上运动的距离为 s，由功能关系可知Ek(mgsin f)sEfs联立式，并代入数据可得 a6 m/s2.(2)设物体沿斜坡向上运动的最大距离为 sm，由运动学规律可得 smv202a设物体返回斜坡底端时的动能为 Ek.由动能定理得 Ek(mgsin f)sm联立以上各式，并代入数据可得Ek80 J.答案：(1)6 m/s2(2)80 JQfl相的应用 范例(14分)如图所示，一质
13、量为m的滑块从高为h的光滑圆弧形槽的顶端A处无初速度地滑下，槽的底端B与水平传送带相接，传送带的运行速度恒为v0，两轮轴心间距为l，滑块滑到传送带上后做匀加速运动，滑到传送带右端C时，恰好加速到与传送带的速度相同，求：(1)滑块到达底端B时的速度大小vB；(2)滑块与传送带间的动摩擦因数；(3)此过程中，由于克服摩擦力做功而产生的热量Q.审题指导 在此过程中摩擦力做功的情况是：滑块在 f的作用下匀加速运动，当滑块滑动到右端时，达到相同的速度解析(1)滑块在由 A 到 B 的过程中机械能守恒，可得 mgh12mv2B(2 分)解得 vB 2gh.(1 分)(2)滑块在由 B 到 C 的过程中，应
14、用动能定理得mgl12mv2012mv2B(2 分)解得 v202gh2gl.(1 分)(3)Qfl 相对mgl 相对(2 分)又 v0vBgt(2 分)得 l 相对v0tvBv02tv0vB22g()v0 2gh 22g(2 分)故 Qm()v0 2gh 22.(2 分)答案 见解析名师点评 通过本题可以得出以下两结论：(1)相互作用的静摩擦力，如果一个力做正功，另一个力一 定做负功,并且量值相等,即一对静摩擦力做功不会产生热量(2)相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和一定为负值，即一对滑动摩擦力做功的结果总是使系统的机械能减少，减 少的机械能转化为内能:Qf滑l相，其中f滑必须是滑动摩擦力,l相必须是两个接触面相对滑动的距离(或相对路程)