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1、10.能量守恒定律与能源,自我检测,自主阅读,一、能量守恒定律1.确立能量守恒定律的两个重要事实(1)确认了永动机的不可能性。(2)发现了各种自然现象之间能量的相互联系与转化。2.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,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别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。3.在能量守恒定律确立的过程中工作最有成效的科学家有:迈尔、焦耳、亥姆霍兹。4.人类建立能量守恒定律的意义: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,而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。,自我检测,自主阅读,二、能源和能量
2、耗散1.能源:能源是人类社会活动的物质基础。人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。2.能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。如电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化成内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用。3.能源危机: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,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。4.能量转化的方向性与节约能源的必要性:能量耗散反映了能量转化的宏观过程具有方向性。所以,能源的利用是有条件的,也是有代价的
3、。,自我检测,自主阅读,1.正误辨析(1)在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少。()答案:(2)人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造。()解析:根据能量守恒定律可得,能量既不能被创造,也不能被消灭,只能产生转移或转化。答案:(3)世上总能量虽然不变,但我们仍需要有节能意识。()答案:(4)能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性。()答案:,自我检测,自主阅读,2.(多选)下列对能量守恒定律的认识,正确的是()A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的D.石子从
4、空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了解析:A选项是指不同形式的能量在转化,转化过程中能量是守恒的,B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的,这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移,选项A、B正确;任何永动机都是不可能制成的,选项C正确;D选项中石子的机械能发生了变化,比如受空气阻力作用,机械能减少,但机械能并没有消失,能量守恒定律表明能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,故选项D错误。答案:ABC,自我检测,自主阅读,3.下列对能量耗散的理解正确的是()A.能量耗散说明能量在不断的减少B.能量耗散遵循能量守恒定律C.能量耗散导致能量品质降低D.能量耗散是指其他形式的
5、能量转化为环境的内能后,我们无法将分散在环境中的内能重新收集起来加以利用的现象答案:BCD,探究一,探究二,探究三,情景导引有一种自发电电动车,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,电动车能持续运动下去吗?要点提示仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。,能量守恒定律的理解及应用,探究一,探究二,探究
6、三,知识归纳1.对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少,一定存在另外形式的能量增加,且减少量和增加量相等。(2)某个物体的能量减少,一定存在别的物体的能量增加,且减少量和增加量相等。2.能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看,E初=E终。(2)从能的转化角度看,E增=E减。(3)从能的转移角度看,EA增=EB减。,探究一,探究二,探究三,3.应用能量守恒定律解题的步骤(1)明确研究对象及研究过程。(2)明确该过程中,哪些形式的能量在变化。(3)确定参与转化的能量中,哪些能量增加,哪些能量减少。(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)。画龙点睛应用能量守
7、恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能在变化,求出减小的总能量和增加的总能量,然后再依据能量守恒列式求解。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例1】某地平均风速为5m/s,已知空气密度是1.2kg/m3,有一风车,它的风叶转动时可形成半径为12m的圆面。如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多大?,答案:3391.2W,探究一,探究二,探究三,规律方法从实际问题中抽象物理模型的方法一个具体的物理问题所描述的研究对象、物理现象和物理过程往往都对应着一定的物理模型,本题中,气流被抽象为速度大小不变、方向恒垂直于风车叶片的转动圆面,变成了一种理想化的
8、对象模型。那么怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢?这就需要对所给信息进行提炼和加工,突出主要因素、忽略次要因素,通过思维加工、采用恰当的方法,找到新问题与熟悉的物理模型之间的联系,使新信息和原有知识之间的联系通道保持畅通,从而顺利地实现模型化,构建起符合新情境的物理模型。,探究一,探究二,探究三,变式训练1下列说法正确的是()A.随着科技的发展,永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成其他能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭
9、空产生解析:永动机是不消耗或少消耗能量,可以大量对外做功的装置,违背能量守恒定律,A错误。能量不可能凭空消失,B错误。能量也不可能凭空产生,C正确,D错误。答案:C,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为m0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,这个过程中,思考下列问题:(1)小铁块和长木块的动能怎样变化?分别变化了多少?(2)系统的机械能和内能怎样变化?分别变化了多少?,摩擦生热及产生内能的有关计算,探
10、究一,探究二,探究三,要点提示(1)根据动能定理有mg(l-L)=mv2-0,其中(l-L)为小铁块相对地面的位移,从上式可看出Ekm=mg(l-L),即小铁块的动能增加了mg(l-L)。摩擦力对长木块做负功,根据功能关系,得Ekm0=-mgl,即长木块的动能减少了mgl。(2)系统机械能的减少量E=mgL。系统的总能量是守恒的,损失的机械能转化成了内能,所以内能增加量为E内=mgL。,探究一,探究二,探究三,知识归纳摩擦生热问题1.系统内一对静摩擦力对物体做功时,由于相对位移为零而没有内能产生,只有物体间机械能的转移。2.作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过
11、程产生的内能。即Q=F滑x相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,x相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例2】(多选)如图所示,质量为m0、长度为l的小车静止在光滑的水平面上。质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现在一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,物块和小车之间的摩擦力为Ff。经过时间t,小车运动的位移为s,物块刚好滑到小车的最右端()A.此时物块的动能为(F-Ff)(s+l)B.这一过程中,物块对小车所做的功为Ff(s+l)C.这一过程中,物块和小车增加的机械能为FsD.这一过程中,物块和小车产生的内能为Ff
12、l,探究一,探究二,探究三,解析:对物块分析,物块的位移为s+l,根据动能定理得,(F-Ff)(s+l)=Ek-0,所以物块到达小车最右端时具有的动能为(F-Ff)(s+l),故A正确;对小车分析,小车的位移为s,所以物块对小车所做的功为Ffs,故B错误;物块与小车增加的内能Q=Ffx相对=Ffl,故D正确;根据能量守恒得,外力F做的功转化为小车和物块的机械能和摩擦产生的内能,则有F(l+s)=E+Q,则E=F(l+s)-Ffl,故C错误。故选AD。答案:AD规律方法(1)公式W=Flcos中l均指物体对地位移。(2)两物体间滑动摩擦产生的内能Q=Ffx相对,x相对指两接触面间的相对位移(或相
13、对路程)。,探究一,探究二,探究三,变式训练2电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为,如图所示。传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时。求:(1)小木块的位移。(2)传送带转过的路程。(3)小木块获得的动能。(4)摩擦过程中产生的内能。(5)因传动物体电动机多消耗的电能。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,情景导引高山滑雪起源于阿尔卑斯山地域,又称“阿尔卑斯滑雪”或“山地滑雪”,是一项古老的滑雪运动。如图所示,运动员从高山上由静止滑下,不计空气阻力。请思考:(1)下滑中,有哪些力对运动员做功?(2)如何判
14、断运动员重力势能、动能及机械能的变化情况?要点提示(1)运动员受到重力、支持力及摩擦力的作用,其中重力做正功,摩擦力做负功,支持力不做功。(2)运动员重力势能的变化仅取决于重力做功,动能的变化取决于外力做的总功,机械能的变化取决于除重力之外其他力做功。,对功、能关系的理解,探究一,探究二,探究三,知识归纳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,功是能量转化的量度。,探究一,探究二,探究三,2.常见的几种功能关系画龙点睛功是力在空间上的积累,能量反映了物体对外做功的本
15、领,功与能不能相互转化,但能量的转化是通过做功来实现的。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例3】如图所示,某段滑雪雪道倾角为30,总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑,加速度为g。在他从静止向下滑到底端的过程中,下列说法正确的是()A.运动员减少的重力势能全部转化为动能,探究一,探究二,探究三,答案:D,探究一,探究二,探究三,规律方法应用功能关系解题的两点注意1.应用功能关系解题时,首先要弄清楚有哪些力在做功,这些力做的功等于哪种形式能量的变化,然后列出相应关系方程做进一步的分析。2.正确把握几种功能关系:(1)合外力对物体所做的功等于物体动能
16、的增量;(2)重力做功等于重力势能的减少量;(3)除重力或弹力以外的其他力做的功等于物体机械能的增加量。,探究一,探究二,探究三,变式训练3(多选)升降机底板上放一质量为100kg的物体,物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m/s,则此过程中(g取10m/s2)()A.升降机对物体做功5800JB.合外力对物体做功5800JC.物体的重力势能增加5000JD.物体的机械能增加800J答案:AC,1,2,3,4,1.下列说法正确的是()A.汽车在平直公路上匀速行驶,能量守恒,不用耗油B.内能不能转化为动能C.电动机工作时把电能全部转化为机械能D.自然界中能的转化和转移是有方向性的解
17、析:能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。D项正确。答案:D,1,2,3,4,2.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是()A.太阳能电能机械能B.太阳能机械能电能C.电能太阳能机械能D.机械能太阳能电能解析:电池板中太阳能转化为电能,小电动机中电能转化为机械能。答案:A,1,2,3,4,3.右图为运动员依靠双手牵引使自己和轮椅升至高空,假设运动员和轮椅是匀速上升的,则在上升过程中运动员和轮椅的()A.动能增加B.重力势能增加C.机械能减少D.机械能不变解析:匀速上升,动能不变,但
18、重力势能增加,机械能增加,选项B正确,A、C、D错误。答案:B,1,2,3,4,4.一质量m=0.6kg的物体以v0=20m/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Ek=18J,机械能减少了E=3J。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,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。,1,2,3,4,解析:(1)设物体运动过程中所受的摩擦力为Ff,向上运动的加速度的,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+Ff)s,E=Ffs联立上式,并代入数据可得a=6m/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,设物体返回斜坡底端时的动能为Ek,由动能定理得Ek=(mgsin-Ff)sm联立以上各式,并代入数据可得Ek=80J。答案:(1)6m/s2(2)80J,