第七章机械能守恒定律 本章概览 本章是动力学的继续和深化,其中涉及到的基本概念有功和功率、动能和势能,基本规 律有动能定理、机械能守恒定律等都是力学中至关重要的部分,因此是高中物理的重点,也 是高考考查的重点之 在解决功和功率的分析和计算必须抓准物理实质,建立相关物理模型.对动能定理中的每 个物理量及“=”号的物理意义应非常明确.一定要注意动能定理是一个标量式,所以,我 们应用动能定理解决问题只关心初末状态,而不用掌握具体的运动过程能量转化及守恒思想 不仅为解决力学问题开辟了一条新的重要途径同时也是分析电磁学,热学等领域中问题的依 第10节能量守恒定律与能源 ●导学天地 学习要求 基本要求1.了解各种不同形式的能,知道能量是一个重要的物理量 2.知道能量守恒定律确立的两类重要事实 3.叙述能量守恒定律的内容,能用能量守恒的观点分析、解释实际问题 4.认识建立能量守恒定律的重大意义 5.了解能量耗散,了解自然界中宏观过程的方向性 6知道能源短缺和环境恶化是关系人类社会能否持续发展的大问题,增强节约能 源和环境保护的意识 发展要求1通过了解能量守恒以及能量转化和转移的方向性,认识提高效率的重要性 2.就节约能源、保护环境进行调査、开展讨论,提出可行的方案. 说明 不要求用能量守恒定律进行较复杂的定量计算 学法指导 本节是对本章知识内容的总结和扩展,结合机械能的学习逐渐体会能量是从千差万别的 各种自然现象中抽象出来的概念,是各种自然现象联系的桥梁和纽带. 自主学习 知识梳理 自主探究 能量守恒定律 你能结合能量耗散 2.能源和能量耗散 分析我们要节约能 (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源的原因吗? (2)能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,它就不会自 动聚集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,热和光被其他物质吸收之后变成周围环 的 我们也无法把这些内能收集起来重新利用这种现 象叫做能量的 (3)能量的耗散从 的角度反映出了自然界中宏观过程的 方向性 ●理解升华 重点,难点,疑点解析
第七章 机械能守恒定律 本章概览 本章是动力学的继续和深化，其中涉及到的基本概念有功和功率、动能和势能，基本规 律有动能定理、机械能守恒定律等都是力学中至关重要的部分，因此是高中物理的重点，也 是高考考查的重点之一. 在解决功和功率的分析和计算必须抓准物理实质，建立相关物理模型.对动能定理中的每 一个物理量及“=”号的物理意义应非常明确.一定要注意动能定理是一个标量式，所以，我 们应用动能定理解决问题只关心初末状态，而不用掌握具体的运动过程.能量转化及守恒思想 不仅为解决力学问题开辟了一条新的重要途径.同时也是分析电磁学，热学等领域中问题的依 据. 第 10 节 能量守恒定律与能源 ●导学天地 学习要求 基本要求 1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量. 2.知道能量守恒定律确立的两类重要事实. 3.叙述能量守恒定律的内容，能用能量守恒的观点分析、解释实际问题. 4.认识建立能量守恒定律的重大意义. 5.了解能量耗散，了解自然界中宏观过程的方向性. 6.知道能源短缺和环境恶化是关系人类社会能否持续发展的大问题，增强节约能 源和环境保护的意识. 发展要求 1.通过了解能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性. 2.就节约能源、保护环境进行调查、开展讨论，提出可行的方案. 说明 不要求用能量守恒定律进行较复杂的定量计算. 学法指导 本节是对本章知识内容的总结和扩展，结合机械能的学习逐渐体会能量是从千差万别的 各种自然现象中抽象出来的概念，是各种自然现象联系的桥梁和纽带. 自主学习 ●理解升华 重点、难点、疑点解析 知识梳理 自主探究 1.能量守恒定律______________________________________________. 2.能源和能量耗散 （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，它就不会自 动聚集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_______________，热和光被其他物质吸收之后变成周围环 境的____________.我们也无法把这些内能收集起来重新利用.这种现 象叫做能量的____________. （3）能量的耗散从___________的角度反映出了自然界中宏观过程的 方向性. 你能结合能量耗散 分析我们要节约能 源的原因吗？
1.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能的增加,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,且减少量一定和增加量相等 2.应用能量守恒定律解题的基本步骤 (1)分清有多少种形式的能发生转化 (2)分别列出减少的能量△E减和增加的能量△E的表示式 (3)列式求解 说明 ①能量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一;②要灵活运用的前提是明确能量的来源 和去向,准确表达各种形式能的变化量 3.能源和能量耗散 (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,它就不会自动聚集起来供人类 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收集起来重新利用。这种现象叫做 能量的耗散 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这是能源危机更深层次的含 义,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. 例题评折 应用点一:能量转化和守恒定律的应用 例1:指出下列现象中能量的转化或转移情况: (1)植物的光合作用 (2)雨天时发生雷电; (3)人在跑步时,身体发热 (4)手摇发电机发电使灯泡发光; (5)风吹动帆船前进 思路分析:物体间发生能量转移时,能量的形式不变:而发生能量的转化时,能的形式 要发生改变,在确定能量转化的方向时,可从消耗什么能,得出什么能进行比较确定 解析:(1)光能转化为化学能 (2)电能转化为声能、内能和光能 (3)化学能转化为内能 (4)动能转化为电能,电能又转化为光能和内能 5)风的机械能转移给帆船 答案:见解析 拓展练习1-1: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了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失 C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,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 量可以凭空产生 应用点二:利用功能关系解决综合问题
1.对能量守恒定律的理解 （1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能的增加，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，且减少量一定和增加量相等. 2.应用能量守恒定律解题的基本步骤 （1）分清有多少种形式的能发生转化. （2）分别列出减少的能量ΔE 减和增加的能量ΔE 增的表示式. （3）列式求解. 说明: ①能量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一；②要灵活运用的前提是明确能量的来源 和去向，准确表达各种形式能的变化量. 3.能源和能量耗散 （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，它就不会自动聚集起来供人类 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收集起来重新利用。这种现象叫做 能量的耗散. 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.这是能源危机更深层次的含 义，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. 例题评析 应用点一：能量转化和守恒定律的应用 例 1：指出下列现象中能量的转化或转移情况： （1）植物的光合作用； （2）雨天时发生雷电； （3）人在跑步时，身体发热； （4）手摇发电机发电使灯泡发光； （5）风吹动帆船前进. 思路分析： 物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能的形式 要发生改变，在确定能量转化的方向时，可从消耗什么能，得出什么能进行比较确定. 解析： （1）光能转化为化学能. （2）电能转化为声能、内能和光能. （3）化学能转化为内能. （4）动能转化为电能，电能又转化为光能和内能. （5）风的机械能转移给帆船. 答案： 见解析 拓展练习 1-1： 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了其他形式的能量，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”违背了能量转化和守恒定律，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 量可以凭空产生 应用点二：利用功能关系解决综合问题
例2:电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μ,如图7-10-1所示,当小木块与传送带相对 静止时,求 图7-10 (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)摩擦过程中产生的摩擦热 思路分析:木块刚放上时速度必为零,必受到向右的摩擦动力作用而做匀加速直线运动, 达到与传送带共速后不再相互滑动,整个过程中木块获得一定的能量,系统要产生摩擦热 解析:(1)由牛顿第二定律:μmg=ma得a=ug 由公式v=at得t g 小木块的位移s (2)传送带始终匀速运动,路程s=vt= g (3)对小木块获得的动能E (4)滑动摩擦力对物块做了正功,使的物块的机械能增加且增加的机械能为 △E=umgs1=-mv2, 而滑动摩擦力对传送带做了负功,使传送带输出了能量,且输出的能量为 △E输出=pmgs2=mv2, 所以整个系统在这一过程中产生的内能(摩擦热)为 Q=△E输△E=umg(-s1)=mv2 答案:(1) (2) (3)-mv2(4)-mv g g 思维总结:滑动摩擦力与相对位移的乘积,在数值上等于一对相互作用的摩擦力所做的 功的代数和,等于系统产生的内能 自我反馈 自主学习 1能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式或者从一个物体转 移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变 2柴薪时期煤炭时期石油时期内能和光能内能 耗散能量转化
例 2：电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μ，如图 7-10-1 所示，当小木块与传送带相对 静止时，求： 图 7-10-1 （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）摩擦过程中产生的摩擦热. 思路分析：木块刚放上时速度必为零，必受到向右的摩擦动力作用而做匀加速直线运动， 达到与传送带共速后不再相互滑动，整个过程中木块获得一定的能量，系统要产生摩擦热. 解析： （1）由牛顿第二定律：μmg=ma 得 a=μg 由公式 v=at 得 t= g v 小木块的位移 s1= 2 v t= g v 2 2 . （2）传送带始终匀速运动，路程 s2=vt= g v 2 . （3）对小木块获得的动能 Ek= 2 1 mv2 . （4）滑动摩擦力对物块做了正功，使的物块的机械能增加且增加的机械能为 ΔE=μmgs1= 2 1 mv2， 而滑动摩擦力对传送带做了负功，使传送带输出了能量，且输出的能量为 ΔE 输出=μmgs2=mv2， 所以整个系统在这一过程中产生的内能（摩擦热）为 Q=ΔE 输出-ΔE=μmg（s2-s1）= 2 1 mv2 . 答案： （1） g v 2 2 （2） g v 2 （3） 2 1 mv2 （4） 2 1 mv2 思维总结：滑动摩擦力与相对位移的乘积，在数值上等于一对相互作用的摩擦力所做的 功的代数和，等于系统产生的内能. 自我反馈 自主学习 1.能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式或者从一个物体转 移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 2.柴薪时期 煤炭时期 石油时期 内能和光能 内能 耗散 能量转化
例题评析 拓展练习1-1:C ●导学天地 夯实基础 1在墙壁与外界无热传递的封闭房间里,夏天为了降低温度,同时打开电冰箱和电风扇, 两电器工作较长时间后,房内气温将会() A.升高 B降低 C.不变 D.无法判断 2.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 3.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物的重力势能 B电流通过电炉子后电炉丝变热,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做功过程是能量转化过程,某过程中做了10J的功,一定有10J的能量发生了转化 4石块自由下落过程中,由A点到B点重力做的功是10J,下列说法正确的是() A.由A到B,石块的势能减少了10J B由A到B,功减少了10J C.由A到B,10J的功转化为石块的动能 D由A到B,10J的势能转化为石块的动能 5质量为4kg的物体被人由静止开始向上提升025m后速度达1m/s,则下列判断正确 的是() A.人对物体做功12J B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 能力提升 6.下列关于能源开发和利用的说法中,正确的是() A.能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源 C能源利用的过程,是一种形式的能向另外一种形式的能转化的过程 D无论是节约能源还是开发能源,我国都要外国支援 7关于“节约能源”,下面的说法中正确的是( A.浪费能源,只是浪费个人的金钱,所以节约能源是毫无意义的 B浪费能源,只是浪费个人的金钱,对整个社会和自然界来讲,反正能量是守恒的,所 以就社会而言,节约能源毫无意义 C.从能量转化的角度看,自然界中宏观过程是有方向性的,能源的利用受这种方向性的 制约,且能源的利用过程对环境有污染,所以“节约能源”对人类社会发展有很大的影响 D.上述说法都是错误的 8大型水力发电站是一种具有防洪、发电、航运及养殖蓄水等巨大综合利用效益的大型 水利水电工程,某水力发电站其主要数据如表一、表二所示表一
例题评析 拓展练习 1-1： C ●导学天地 夯实基础 1.在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇， 两电器工作较长时间后，房内气温将会（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.无法判断 2.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 3.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物的重力势能 B.电流通过电炉子后电炉丝变热，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.做功过程是能量转化过程，某过程中做了 10 J 的功，一定有 10 J 的能量发生了转化 4.石块自由下落过程中，由 A 点到 B 点重力做的功是 10 J，下列说法正确的是（ ） A.由 A 到 B，石块的势能减少了 10 J B.由 A 到 B，功减少了 10 J C.由 A 到 B，10 J 的功转化为石块的动能 D.由 A 到 B，10 J 的势能转化为石块的动能 5.质量为 4 kg 的物体被人由静止开始向上提升 0.25 m 后速度达 1 m/s，则下列判断正确 的是（ ） A.人对物体做功 12 J B.合外力对物体做功 2 JC.物体克服重力做功 10 J D.人对物体做的功等于物体增加的动能 能力提升 6.下列关于能源开发和利用的说法中，正确的是（ ） A.能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B.要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源 C.能源利用的过程，是一种形式的能向另外一种形式的能转化的过程 D.无论是节约能源还是开发能源，我国都要外国支援 7.关于“节约能源”，下面的说法中正确的是（ ） A.浪费能源，只是浪费个人的金钱，所以节约能源是毫无意义的 B.浪费能源，只是浪费个人的金钱，对整个社会和自然界来讲，反正能量是守恒的，所 以就社会而言，节约能源毫无意义 C.从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能源的利用受这种方向性的 制约，且能源的利用过程对环境有污染，所以“节约能源”对人类社会发展有很大的影响 D.上述说法都是错误的 8.大型水力发电站是一种具有防洪、发电、航运及养殖蓄水等巨大综合利用效益的大型 水利水电工程，某水力发电站其主要数据如表一、表二所示表一
表 坝长 最大雷水位m 17 详库容量/m3 防洪库容量 平均年流/m3 4.510×10 表二 装机数/台 游装机容量/w 1.820×10 年平均发电量/kW+h 8.468×101 万吨级双线5级船闸/座 身300吨级单线垂直升胎机/座 年单向通船龍力(总吨数){t 5×103 请根据表一、表二的有关数据完成下列问题 (1)最大蓄水位h= 平均年流量V ,年平均消耗水能E 转化为电能的百分比n= (2)若26台发电机组全部建成并发电,按设计要求年发电时间为多少天? ●拓展阅读 凌晨发射飞船的奥秘 我国“神舟”号飞船是凌晨6时30分发射升空的人们不禁要问为什么不选择白天发射, 白天不是更方便一些吗? 飞船每增加1000克重量所需费用与2000克黄金相近,需要尽量减轻自重由于携带的 蓄电池容量有限,飞船到达数万公里太空既定轨道运行时,要求太阳正好以最大的夹角照射 在太阳能蓄电池上,使太阳能电池替代蓄电池工作,飞船便获得取之不尽用之不竭的能源 另一个重要原因是飞船需要减少飞行阻力,节约可贵的空间和能源,装备的是一小团紧紧自 裹着的记忆合金天线飞船一般都采用镍钛记忆合金天线,为使飞船满足设计要求达到既定轨 道运行时,记忆合金天线能迅速撑开呈半球状,及时准确的与地面联系,也需要以最大的夹 角照射 其实,美国以及世界其他国家的飞船和卫星都是在夜间(凌晨)发射的这样才能确保飞 船(卫星)到达既定太空轨道时,获得最佳角度接受太阳照射,获得充足的太阳能以保持与 外界联系 读后一题:飞船和卫星为什么要在夜间(凌晨)发射?
请根据表一、表二的有关数据完成下列问题： （1）最大蓄水位 h= ，平均年流量 V= ，年平均消耗水能 E= ， 转化为电能的百分比η= . （2）若 26 台发电机组全部建成并发电，按设计要求年发电时间为多少天？ ●拓展阅读 凌晨发射飞船的奥秘 我国“神舟”号飞船是凌晨 6 时 30 分发射升空的.人们不禁要问为什么不选择白天发射， 白天不是更方便一些吗？ 飞船每增加 1 000 克重量所需费用与 2 000 克黄金相近，需要尽量减轻自重.由于携带的 蓄电池容量有限，飞船到达数万公里太空既定轨道运行时，要求太阳正好以最大的夹角照射 在太阳能蓄电池上，使太阳能电池替代蓄电池工作，飞船便获得取之不尽用之不竭的能源. 另一个重要原因是飞船需要减少飞行阻力，节约可贵的空间和能源，装备的是一小团紧紧自 裹着的记忆合金天线.飞船一般都采用镍钛记忆合金天线，为使飞船满足设计要求达到既定轨 道运行时，记忆合金天线能迅速撑开呈半球状，及时准确的与地面联系，也需要以最大的夹 角照射. 其实，美国以及世界其他国家的飞船和卫星都是在夜间（凌晨）发射的.这样才能确保飞 船（卫星）到达既定太空轨道时，获得最佳角度接受太阳照射，获得充足的太阳能以保持与 外界联系. 读后一题： 飞船和卫星为什么要在夜间（凌晨）发射？