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第十節(jié)　能量守恒定律與能源 1．能量守恒定律 (1)導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實(shí)是：確認(rèn)了__________的不可能性和發(fā)現(xiàn) 了各種____________之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化． (2)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空________，也不會(huì)憑空________，它只能從一種形式________ 為另一種形式，或者從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的 總量____________，這就是能量守恒定律． 2．能源和能量耗散 (1)人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即________時(shí)期、________時(shí)期、________ 時(shí)期．自工業(yè)革命以來，______和________成為人類的主要能源． (2)____________和____________已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問題． (3)燃料燃燒時(shí)，一旦把自己的熱量釋放出去，就不會(huì)再次________聚集起來供人類重新 利用．電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能又通過燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，熱和光被其他 物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象 叫做能量的耗散． (4)能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上____， 但在可利用的品質(zhì)上________了，從便于利用的變成________________的了．這是能源 危機(jī)的深層次的含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因． (5)能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的____________． 【概念規(guī)律練】 知識(shí)點(diǎn)一　能量守恒定律 1．關(guān)于能量守恒定律，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．能量能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但不能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體 B．能量的形式多種多樣，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 C．一個(gè)物體能量增加了，必然伴隨著別的物體能量減少 D．能量守恒定律說明了能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失 2．下列說法正確的是(　　) A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的 B．太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消 失了 C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說明 能量可以憑空產(chǎn)生 3．歷史上曾有許多人試圖發(fā)明一種機(jī)器，它可以不消耗能量而連續(xù)不斷地對(duì)外做功，或 者消耗少量能量而做大量的功．如圖1所示為一種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)模型．人們把這種設(shè)想 中的不消耗能量的機(jī)器叫做第一類永動(dòng)機(jī)．這樣的機(jī)器能制造出來嗎？請(qǐng)你談?wù)勀愕目? 法． 圖1 知識(shí)點(diǎn)二　能量耗散 4．關(guān)于“能量耗散”的下列說法中，正確的是(　　) A．能量在轉(zhuǎn)化過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新 利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散 B．能量在轉(zhuǎn)化過程中變少的現(xiàn)象叫能量的耗散 C．能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量的數(shù)量并未減 少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了，而自然界的能量 是守恒的 D．能量耗散表明，各種能量在不轉(zhuǎn)化時(shí)是守恒的，但在轉(zhuǎn)化時(shí)是不守恒的 5．下列說法正確的是(　　) A．某種形式的能減少，一定存在其他形式能的增加 B．因?yàn)槟芰渴睾悖浴澳茉次C(jī)”是不可能的 C．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì) 上降低了 D．能源的利用受能量耗散的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的 【方法技巧練】 應(yīng)用能量守恒定律解題的方法 6．水從20 m高處落下，如果水的重力勢(shì)能的20%用來使水的溫度升高，則水落下后的 溫度將升高多少？(g取10 m/s2) 7．某地平均風(fēng)速為5 m/s，已知空氣密度是1.2 kg/m3，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形 成半徑為12 m的圓面．如果這個(gè)風(fēng)車能將圓面內(nèi)10%的氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng) 車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大  1．關(guān)于功和能，下列說法中正確的是(　　) A．功和能的單位相同，物理意義也相同 B．物體未對(duì)外做功，這個(gè)物體就不具有能量 C．物體對(duì)外做功多，這個(gè)物體具有的能量就多 D．功和能不能相互轉(zhuǎn)化，是不同的兩個(gè)物理量 2．有關(guān)功和能，下列說法正確的是(　　) A．力對(duì)物體做了多少功，物體就具有多少能 B．物體具有多少能，就一定能做多少功 C．物體做了多少功，就有多少能量消失 D．能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式時(shí)，可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少 3．下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是(　　) A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加 B．某個(gè)物體的能減少，必然有其他物體的能增加 C．不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)不可能制成 D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機(jī)械能消失了 4．有人設(shè)想在夏天用電冰箱來降低房間的溫度．他的辦法是：關(guān)好房間的門窗然后打開 冰箱的所有門讓冰箱運(yùn)轉(zhuǎn)，且不考慮房間內(nèi)外熱量的傳遞，則開機(jī)后，室內(nèi)的溫度將 (　　) A．逐漸有所升高 B．保持不變 C．開機(jī)時(shí)降低，停機(jī)時(shí)又升高 D．開機(jī)時(shí)升高，停機(jī)時(shí)降低 5．行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰； 降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述 不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是(　　) A．物體克服阻力做功 B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 6. 圖2 一質(zhì)量均勻且不可伸長的繩索，重為G，A、B兩端固定在天花板上，如圖2所示．今 在最低點(diǎn)C施加一豎直向下的力將繩緩慢拉至D點(diǎn)，在此過程中，繩索AB的重心位置 (　　) A．逐漸升高 B．逐漸降低 C．先降低后升高 D．始終不變 7．如圖3所示， 圖3 輕質(zhì)彈簧長為L，豎直固定在地面上，質(zhì)量為m的小球，在離地面高度為H處，由靜止 開始下落，正好落在彈簧上，使彈簧的最大壓縮量為x.在下落過程中，小球受到的空氣 阻力為F阻，則彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能為(　　) A．(mg－F阻)(H－L＋x) B．mg(H－L＋x)－F阻(H－L) C．mgH－F阻(H－L) D．mg(L－x)＋F阻(H－L＋x) 8．如圖4所示， 圖4 在抗洪救災(zāi)中，一架直升機(jī)通過繩索用恒力F豎直向上拉起一個(gè)漂在水面上的木箱，使 其由水面開始加速上升到某一高度，若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力，則在此過程中， 以下說法正確的有(　　) A．力F所做的功減去克服阻力所做的功等于木箱重力勢(shì)能的增量 B．木箱克服重力所做的功等于木箱重力勢(shì)能的增量 C．力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于木箱動(dòng)能的增量 D．力F和阻力的合力所做的功等于木箱機(jī)械能的增量 9. 圖5 如圖5所示，一塊長木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物體A，現(xiàn)以恒定的外力 拉B，由于A、B間摩擦力的作用，A將在B上滑動(dòng)，以地面為參照物，A、B都向前 移動(dòng)一段距離．在此過程中(　　) A．外力F做的功等于A和B動(dòng)能的增量 B．B對(duì)A的摩擦力所做的功，等于A的動(dòng)能增量 C．A對(duì)B的摩擦力所做的功，等于B對(duì)A的摩擦力所做的功 D．外力F對(duì)B做的功等于B的動(dòng)能的增量與B克服摩擦力所做的功之和 10．一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出．關(guān)于這 一過程，下列說法正確的是(　　) A．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能 B．子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 C．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與木塊增加的內(nèi)能之和 D．子彈減少的動(dòng)能等于木塊增加的動(dòng)能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和 11．水平傳送帶以速度v勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 圖6 一質(zhì)量為m的小木塊A由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ， 如圖6所示，在小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量為(　　) A．mv2 B．2mv2 C.mv2 D.mv2 題　號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答　案 12. 圖7 如圖7所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動(dòng)， 將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到木塊右端．小鐵塊與木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ， 當(dāng)小鐵塊在木塊上相對(duì)木塊滑動(dòng)L時(shí)與木塊保持相對(duì)靜止，此時(shí)長木塊對(duì)地位移為l.求 這個(gè)過程中： (1)小鐵塊增加的動(dòng)能； (2)木塊減少的動(dòng)能； (3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量； (4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量． 第10節(jié)　能量守恒定律與能源 課前預(yù)習(xí)練 1．(1)永動(dòng)機(jī)　自然現(xiàn)象　(2)產(chǎn)生　消失　轉(zhuǎn)化　轉(zhuǎn)移　保持不變 2．(1)柴薪　煤炭　石油　煤　石油　(2)能源短缺　環(huán)境惡化　(3)自動(dòng)　(4)沒有減少　降低　不便于利用　(5)方向性 課堂探究練 1．A　[能量可以在不同物體之間轉(zhuǎn)移也可以轉(zhuǎn)化，但能的總量保持不變．] 2．C　[永動(dòng)機(jī)是指不消耗能量，而可以大量對(duì)外做功的裝置，歷史上曾出現(xiàn)過各式各樣的所謂永動(dòng)機(jī)的發(fā)明，結(jié)果都以失敗告終，原因就是違背了能量守恒定律．人類只能發(fā)現(xiàn)規(guī)律、利用規(guī)律．違背規(guī)律行事，即使以后科技再發(fā)達(dá)，也要受自然規(guī)律的制約，所以永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制成的，A錯(cuò)． 太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極小的一部分，就形成了風(fēng)云雨雪，使萬物生長，但輻射到星際空間的能量也沒有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯(cuò)． 馬和其他動(dòng)物，包括人要運(yùn)動(dòng)，必須消耗能量，動(dòng)物的能量來源是食物中儲(chǔ)存的生物質(zhì)能，C對(duì)． 所謂“全自動(dòng)”手表其內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，一般是一個(gè)擺錘，當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí)，使擺錘不停擺動(dòng)，給游絲彈簧補(bǔ)充能量，才會(huì)維持手表的走動(dòng)，D錯(cuò)．] 3．永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，因?yàn)樗`背了能量守恒定律，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量．實(shí)驗(yàn)證明，一切永動(dòng)機(jī)的設(shè)想和制造都以失敗而告終． 4．AC 5．ACD　[本題考查對(duì)能量守恒定律及能量耗散的理解，能量只能轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中總量不變；能量耗散表明能量在數(shù)量上并未減少，只是在可利用的品質(zhì)上降低了．] 6．9.510－3 C 解析　質(zhì)量為m的水從高h(yuǎn)處落下，使水的溫度升高了Δt，水的比熱容為c，由能量守恒定律有：mgh20%＝cmΔt，代入數(shù)據(jù)，解得Δt＝9.510－3 C. 7．3.4 kW 解析　在Δt時(shí)間內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量 m＝πr2vΔtρ 這些氣流的動(dòng)能為mv2， 轉(zhuǎn)變成的電能E＝mv210% 所以風(fēng)車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率為 P＝＝πr2ρv310% 代入數(shù)據(jù)得P＝3.4 kW. 方法總結(jié)　用能量守恒定律解題的一般步驟 (1)首先分析系統(tǒng)的能量，弄清哪種形式的能量在增加，哪種形式的能量在減少． (2)分別列出減少的能量和增加的能量． (3)根據(jù)能量守恒定律列方程ΔE減＝ΔE增求解． 課后鞏固練 1．D　2.D 3．ABC 4．A　[壓縮機(jī)電機(jī)有電流流過，會(huì)產(chǎn)生熱量，即消耗電能，產(chǎn)生了內(nèi)能，且房間與外界沒有能量交換，所以房內(nèi)溫度會(huì)升高，A正確．] 5．AD　[四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過程中都受到阻力，汽車主要是制動(dòng)阻力，流星、降落傘是空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A對(duì)；四個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，D對(duì)．] 點(diǎn)撥　本題考查綜合分析能力，從若干不同的現(xiàn)象中分析找出相同的規(guī)律，正確分析理解四種現(xiàn)象中的能量及能量間的相互轉(zhuǎn)化是解決問題的關(guān)鍵． 6．A　[當(dāng)用力將繩上某點(diǎn)C拉到D時(shí)，外力在不斷做功，而物體的動(dòng)能不增加．因此外力做的功必定轉(zhuǎn)化為物體的重力勢(shì)能．重力勢(shì)能增加了，則說明物體的重心升高了，外力不斷地做功，重心就會(huì)不斷地升高，正確選項(xiàng)為A.] 點(diǎn)撥　重心位置不好判斷，可以從重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系判斷重力勢(shì)能的變化從而推出重心的位置變化． 7．A　[設(shè)物體克服彈力做功為W彈，則對(duì)物體應(yīng)用動(dòng)能定理得(mg－F阻)(H－L＋x)－W彈＝ΔEk＝0，所以，W彈＝(mg－F阻)(H－L＋x)，即為彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能．] 8．BCD　[木箱運(yùn)動(dòng)過程中，有力F、重力、阻力三個(gè)力對(duì)木箱做功，合力做功決定著物體動(dòng)能的改變量，C正確；重力做功決定著重力勢(shì)能的改變量，B正確，A錯(cuò)誤；除重力做功以外，其他力做功的代數(shù)和等于物體機(jī)械能的改變量，D正確．] 9．BD　[A物體所受的合外力等于B對(duì)A的摩擦力，對(duì)A物體運(yùn)用動(dòng)能定理，則有B對(duì)A的摩擦力所做的功等于 A的動(dòng)能增量，即B對(duì)．A對(duì)B的摩擦力與B對(duì)A的摩擦力是一對(duì)作用力與反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑動(dòng)，A、B對(duì)地的位移不等，故二者做功不等，C錯(cuò)．對(duì)B應(yīng)用動(dòng)能定理，WF－WFf＝ΔEkB，即WF＝ΔEkB＋WFf就是外力F對(duì)B做的功，等于B的動(dòng)能增量與B克服摩擦力所做的功之和，D對(duì)．由上述討論知B克服摩擦力所做的功與A的動(dòng)能增量(等于B對(duì)A的摩擦力所做的功)不等，故A錯(cuò)．] 10．BD　[由能量守恒定律可知對(duì)子彈來講，減少的機(jī)械能一是用于增加木塊動(dòng)能，二是用于增加木塊和子彈的內(nèi)能，D對(duì)．對(duì)子彈和木塊來講減少的機(jī)械能只用來增加它們的內(nèi)能，B對(duì)，A、C錯(cuò)．] 11．D　[相對(duì)滑動(dòng)時(shí)木塊的加速度a＝μg，從放上至相對(duì)靜止所用時(shí)間t＝＝.此過程中傳送帶對(duì)地的位移x1＝vt＝.木塊對(duì)地位移為x2＝t＝.摩擦力對(duì)木塊做的功等于木塊動(dòng)能的增加，E1＝W1＝μmgx2＝mv2.傳送帶克服摩擦力做的功W2＝μmgx1＝mv2.此過程中傳送帶克服摩擦力做功將傳送帶能量轉(zhuǎn)化為木塊的動(dòng)能及內(nèi)能，由能量守恒定律，內(nèi)能為ΔE＝W2－W1＝μmg(x1－x2)＝mv2，故D正確．] 12．見解析 解析　畫出這一過程兩物體的位移示意圖，如圖所示． (1)小鐵塊與長木塊相對(duì)靜止時(shí)的速度為v，則根據(jù)動(dòng)能定理有μmg(l－L)＝mv2－0，其中(l－L)為小鐵塊相對(duì)地面的位移，從上式可看出ΔEkm＝μmg(l－L)． 說明摩擦力對(duì)小鐵塊做的正功等于小鐵塊動(dòng)能的增量． (2)摩擦力對(duì)長木塊做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系ΔEkM＝－μmgl，即木塊減少的動(dòng)能等于其克服摩擦力做的功，為μmgl. (3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于木塊減小的動(dòng)能減去小鐵塊增加的動(dòng)能ΔE＝μmgl－μmg(l－L)＝μmgL (4)m、M間相對(duì)滑動(dòng)的位移為L，根據(jù)能量守恒定律，知Q＝μmgL，即摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量．