2018-2019學年浙江高中物理第七章機械能守恒定律10能量守恒定律與能源學案新人教必修.docx

10能量守恒定律與能源學習目標1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確立的兩類重要事實.2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點分析、解決實際問題.3.了解能量耗散，知道能源短缺和環(huán)境惡化問題，增強節(jié)約能源和保護環(huán)境的意識.考試要求學考選考cd一、能量守恒定律1.建立能量守恒定律的兩個重要事實(1)確認了永動機的不可能(填“可能”或“不可能”)性.(2)發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化.2.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變.3.意義：能量守恒定律的建立，是人類認識自然的一次重大飛躍.它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式.二、能源和能量耗散1.能源與人類社會：人類對能源的利用大致經(jīng)歷了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油時期.自工業(yè)革命以來，煤和石油成為人類的主要能源.2.能量耗散：燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，就不會再次自動聚集起來供人類重新利用.3.能源危機的含義：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)量上雖未減少，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.4.能量轉(zhuǎn)化的方向性：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方向性，所以自然界的能量雖然守恒，但還是很有必要節(jié)約能源.1.判斷下列說法的正誤.(1)當一個物體的能量減少時，一定有其他物體的能量增多.()(2)做功越多，能量的轉(zhuǎn)化也越多.()(3)在利用能源的過程中，能量在數(shù)量上并未減少.()(4)世上總能量不變，所以我們不需要節(jié)約能源.()(5)人類不斷地開發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造.()2.質(zhì)量為0.4 kg的皮球，從離地面高0.5 m處自由落下，與地面碰撞后以2 m/s的速度反彈，不計空氣阻力，g取10 m/s2，碰撞時損失的機械能為_，損失的機械能轉(zhuǎn)化為_能.答案1.2 J內(nèi)一、能量守恒定律的理解1.在驗證機械能守恒定律的實驗中，計算結果發(fā)現(xiàn)，重物減少的重力勢能的值總大于增加的動能的值，即機械能的總量在減少.機械能減少的原因是什么？減少的部分機械能是消失了嗎？答案機械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.不是.2.請說明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？(1)植物進行光合作用.(2)放在火爐旁的冰融化變熱.(3)電流通過燈泡，燈泡發(fā)光.答案(1)光能轉(zhuǎn)化為化學能(2)內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰(3)電能轉(zhuǎn)化為光能1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律.2.能量守恒定律的理解某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等.某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.例1(多選)從光滑斜面上滾下的物體，最后停止在粗糙的水平面上，則()A.在斜面上滾動時，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化B.在斜面上滾動時，有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.在水平面上滾動時，總能量正在消失D.在水平面上滾動時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒答案AD解析在斜面上滾動時，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時，有摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的，故選A、D.【考點】對能的轉(zhuǎn)化與守恒的理解【題點】機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化二、能量守恒定律的應用1.能量守恒定律的表達式(1)從不同狀態(tài)看，E初E末.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，E增E減.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，EA增EB減.2.能量守恒定律應用的關鍵步驟(1)明確研究對象和研究過程.(2)找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量減少.(3)列出增加量和減少量之間的守恒式.例2如圖1所示，皮帶的速度是3 m/s，兩圓心的距離s4.5 m，現(xiàn)將m1 kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)0.15，電動機帶動皮帶將物體從左輪運送到右輪正上方時，求：(g取10 m/s2)圖1(1)小物體獲得的動能Ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過程電動機多消耗的電能E.答案(1)4.5 J(2)4.5 J(3)9 J解析(1)設小物體與皮帶達到共同速度時，物體相對地面的位移為s.mgsmv2，解得s3 m4.5 m，即物體可與皮帶達到共同速度，此時Ekmv2132 J4.5 J.(2)由mgma得a1.5 m/s2，由vat得t2 s，則Qmg(vts)0.15110(63) J4.5 J.(3)由能量守恒知，這一過程電動機多消耗的電能EEkQ4.5 J4.5 J9 J.例3(2018臺州中學高二下學期期中考試)一彈珠彈射玩具模型如圖2所示，水平粗糙管AB內(nèi)裝有一輕彈簧，左端固定.豎直放置的光滑管道BCD，其中CD為半徑R0.1 m的四分之一圓周，C點與地面間的高度H0.1 m，用質(zhì)量m10.2 kg的彈珠(可看成質(zhì)點)將彈簧緩慢壓縮到某一確定位置M，彈珠與彈簧不固連，由靜止釋放后彈珠恰能停在D點.用同種材料、質(zhì)量m20.1 kg的彈珠仍將彈簧緩慢壓縮到M點再由靜止釋放，彈珠由D點飛出后落在與D點正下方D點相距x0.8 m處.求：(g取10 m/s2，不計空氣阻力)圖2(1)彈珠m2從D點飛出時的速度大??；(2)彈簧被緩慢壓縮到M點時儲存的彈性勢能；(3)保持彈珠m2仍將彈簧緩慢壓縮到M點，改變H的高度，從D點飛出后落點與D點正下方D點的距離x是不同的，求x的最大值.答案見解析解析(1)彈珠m2由D點飛出后做平拋運動，有HRgt2得t0.2 sm2從D點飛出時的速度大小vD4 m/s(2)彈珠從釋放到D點的過程，由能量守恒定律得：釋放m1的過程，有Epm1gxMBm1g(HR)釋放m2的過程，有Epm2gxMBm2g(HR)m2v解得Ep1.6 J(3)由能量守恒定律得：Epm2gxMBm2g(HR)解得vDxvDt2由數(shù)學知識得xm1 m.在涉及彈性勢能等多種形式的能量轉(zhuǎn)化問題中，用能量守恒的思想解題可以化繁為簡.三、功能關系的理解與應用1.功能關系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的，做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程.(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度.做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.2.功與能的關系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關系如下表：功能量轉(zhuǎn)化關系式重力做功重力勢能的改變WGEp彈力做功彈性勢能的改變WFEp合外力做功動能的改變W合Ek除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機械能的改變WE機兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ffx相對Q例4如圖3所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落，小球沿軌道到達最高點B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中()圖3A.重力做功2mgRB.機械能減少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功mgR答案D解析重力做功與路徑無關，所以WGmgR，選項A錯；小球在B點時所受重力提供向心力，即mgm，所以v，從P點到B點，由動能定理知：W合mv2mgR，故選項C錯；根據(jù)能量守恒知：機械能的減少量為|E|Ep|Ek|mgR，故選項B錯；克服摩擦力做的功等于機械能的減少量，故選項D對.【考點】各種功能關系及應用【題點】各種功能關系及應用應用功能關系解題的關鍵應用功能關系解題的關鍵是深刻理解不同功能關系的含義：(1)重力做功是物體重力勢能變化的原因，重力做多少功，重力勢能就減少多少；(2)彈力做功是彈簧彈性勢能變化的原因，彈力做多少功，彈性勢能就減少多少；(3)合力做功是物體動能變化的原因，合力做多少功，動能就增加多少；(4)除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做功是機械能變化的原因，其他力做多少功，機械能就增加多少.針對訓練如圖4所示為低空跳傘表演，假設質(zhì)量為m的跳傘運動員，由靜止開始下落，在打開傘之前受恒定阻力作用，下落的加速度為g，在運動員下落h的過程中，下列說法正確的是()圖4A.運動員的重力勢能減少了mghB.運動員的動能增加了mghC.運動員克服阻力所做的功為mghD.運動員的機械能減少了mgh答案B解析在運動員下落h的過程中，重力勢能減少了mgh，故A錯誤；根據(jù)牛頓第二定律得，運動員所受的合力為F合mamg，則根據(jù)動能定理得，合力做功為mgh，則動能增加了mgh，故B正確；合力做功等于重力做功與阻力做功的代數(shù)和，因為重力做功為mgh，則克服阻力做功mgh，故C錯誤；重力勢能減少了mgh，動能增加了mgh，故機械能減少了mgh，故D錯誤.1.(能源的利用)關于能源的開發(fā)和應用，下列說法中正確的是()A.能源應用的過程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程B.化石能源的能量歸根結底來自于太陽能，因此化石能源永遠不會枯竭C.在廣大的農(nóng)村推廣沼氣意義重大，既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)約能源D.隨著科學技術的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭答案C解析能源應用過程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程，各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類服務，A錯誤；化石能源的能量雖然來自太陽能，但要經(jīng)過數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成，且儲量有限，為不可再生能源，B錯誤；在廣大農(nóng)村推廣沼氣對改善農(nóng)村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當代，利在千秋，C正確；無論技術先進與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯誤.【考點】能源的利用與節(jié)約、能量耗散【題點】能源的認識2.(功能關系)(2018新昌中學高三選考適應性考試)如圖5所示為一選手從距離水面高為20米的懸崖上跳下，選手受到的空氣阻力跟速度成正比(g取10 m/s2)，則以下說法正確的是()圖5A.選手從開始跳下到入水的時間等于2秒B.選手在空中下落過程中重力勢能增大C.選手在空中下落過程中動能增大D.選手在空中下落過程中機械能增大答案C3.(功能關系)(2018杭西高高一4月測試)韓曉鵬是我國首位在冬奧會雪上項目奪冠的運動員.他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿勢下滑了一段距離，重力對他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J.韓曉鵬在此過程中()A.動能增加了1 900 JB.動能增加了2 000 JC.重力勢能減小了1 900 JD.機械能減小了2 000 J答案C4.(能量守恒定律的應用)如圖6所示，質(zhì)量為m的物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為，物塊壓縮彈簧至A點由靜止釋放，到B點時對圓弧軌道的壓力為5mg，已知A、B間的水平距離為L，圓弧軌道半徑為R，求釋放物塊時彈簧的彈性勢能.圖6答案mgL2mgR解析在B點，由牛頓第二定律，F(xiàn)Nmgm由牛頓第三定律得FN5mg從A至B的過程中，由能量守恒定律：EpmgLmv2由得：EpmgL2mgR.一、選擇題考點一能量守恒定律1.下列說法正確的是()A.隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的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”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量是可以憑空產(chǎn)生的答案C【考點】能量守恒定律的理解與基本應用【題點】能量守恒定律的理解2.能源在“兩型”社會的建設中有著重要的意義，節(jié)約用電應成為現(xiàn)代公民的行為準則.下列用電方式中屬于科學、合理地節(jié)約用電的是()A.家電盡量長時間待機B.用節(jié)能燈替換白熾燈C.樓道、走廊照明燈盡量不采用聲、光控制D.不要清除冰箱內(nèi)的冰、霜答案B解析待機浪費電，家電盡量不要長時間待機，才屬于科學、合理地節(jié)約用電，故A錯誤；用節(jié)能燈替換白熾燈，可節(jié)約用電，故B正確；樓道、走廊照明燈采用聲、光控制，才屬于科學、合理地節(jié)約用電，故C錯誤；清除冰箱內(nèi)的冰、霜，能夠提高冰箱的工作效率，才屬于科學、合理地節(jié)約用電，故D錯誤.【考點】能源的利用與節(jié)約、能量耗散【題點】能源的利用3.如圖1所示，小余同學開始時站在秋千的踏板上，通過自己的努力將秋千越蕩越高，對此過程，下列說法正確的是()圖1A.機械能減少B.機械能增加C.機械能保持不變D.風能轉(zhuǎn)化成了機械能答案B4.(2017浙江省名校新高考研究聯(lián)盟第一次選考聯(lián)考)如圖2所示是我國某風能發(fā)電基地，全球可利用的風能為2107 MW(1 MW106 W)，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍，我國風能資源總儲量約1.6105 MW.2012年7月4日裝機容量達到2 240萬千瓦的三峽水電站，已成為全世界最大的水力發(fā)電站和清潔能源生產(chǎn)基地.下列說法正確的是()圖2A.風力發(fā)電是把風的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能B.我國風能資源總儲量約為7個三峽水電站的裝機容量C.風力發(fā)電過程違反能量守恒定律D.水能和風能都是清潔能源且都是不可再生能源答案B5.(2017紹興市選考科目適應性考試)某一水力發(fā)電站水位的平均落差為50 m，每秒鐘約有6106 kg的水用來發(fā)電，水的重力勢能有10%轉(zhuǎn)化為電能，g取10 m/s2，則()A.每秒鐘水減少的重力勢能約為3108 JB.發(fā)電的平均功率約為6108 WC.每天的發(fā)電量約為7.2106 kWhD.若將這些電能以0.5元/度的價格賣出，則一年可收入約為3 600萬元答案C6.(2018浙江省名校新高考研究聯(lián)盟第二次聯(lián)考)風力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲取方式.圖3為某風力發(fā)電站外觀圖.假設當?shù)厮斤L速約為10 m/s，該風力發(fā)電站利用風的動能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%，風力發(fā)電機的葉片長度為10 m，空氣的密度是1.29 kg/m3，某一工廠用電的功率為320 kW，則大約需要多少臺這樣的風力發(fā)電機同時為該工廠供電()圖3A.6 B.8C.10 D.12答案B解析葉片旋轉(zhuǎn)所形成的圓面積為SL2，t秒內(nèi)流過該圓面積的風柱體積為VSvtL2vt，風柱體的質(zhì)量為mVL2vt，風柱體的動能為Ekmv2L2v3t，轉(zhuǎn)化成的電能為EEkL2v3t，發(fā)出的電功率為PL2v30.21.293.14102103 W40 kW，故需要n8臺風力發(fā)電機，B正確.考點二功能關系7.(多選)某運動員采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時提升身體重心.如圖4所示，假設該運動員的質(zhì)量為m，在起跑時前進的距離s內(nèi)重心升高量為h，獲得的速度為v，重力加速度為g，則此過程中()圖4A.運動員克服重力做功WGmghB.運動員的機械能增加了mv2C.運動員的機械能增加了mv2mghD.運動員對自身做功Wmv2mgh答案ACD解析運動員在此過程中重力勢能增加mgh，動能增加mv2，機械能增加mv2mgh，A、C正確，B錯誤.運動員通過蹬地對自身做功，做功的大小為其機械能的增量，D正確.【考點】各種功能關系及應用【題點】各種功能關系及應用8.(2018浙江省高三“五校聯(lián)考”第一次考試)如圖5是“神舟”系列航天飛船返回艙返回地面的示意圖，其過程可簡化為：打開降落傘一段時間后，整個裝置勻速下降，為確保完全著陸，需點燃返回艙的緩沖火箭，在火箭噴氣過程中返回艙做減速直線運動，則()圖5A.返回艙在噴氣過程中處于失重狀態(tài)B.火箭開始噴氣瞬間返回艙獲得向上的加速度C.返回艙在噴氣過程中機械能不變D.返回艙在噴氣過程中(忽略質(zhì)量變化)機械能在增加答案B9.如圖6所示，有一種大型游戲機叫“跳樓機”，參加游戲的游客被安全帶固定在座椅上，先由電動機將座椅沿豎直軌道提升到離地面高H處，然后由靜止釋放.游客們的總質(zhì)量為m，關于游客們緩慢上升的過程，重力加速度為g，下列說法正確的是()圖6A.合力對游客們所做的功為mgHB.游客們的重力勢能增加了mgHC.電動機所做的功為mgHD.游客們的機械能守恒答案B10.如圖7所示，質(zhì)量為m的物體從傾角為30的斜面上由靜止開始下滑s，物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)，重力加速度為g，下列說法中正確的是()圖7A.物體的動能增加mgsB.物體的重力勢能減少mgsC.物體克服阻力所做的功為mgsD.物體的機械能減少mgs答案C解析根據(jù)動能定理得，動能增加量Ekmgssin 30mgcos 30smgs，故A錯誤.物體的重力勢能減少Epmgssin 30mgs，故B錯誤.物體克服阻力所做的功為 Wfmgcos 30smgs，故C正確.根據(jù)功能關系知，機械能減少EWfmgs.故D錯誤.11.如圖8所示為某研究小組利用對接斜面研究“做功與能量變化的關系”的裝置：固定在水平地面上的傾角均為的兩斜面，以光滑小圓弧相連接.有一可視為質(zhì)點的滑塊從左側頂端由靜止釋放，經(jīng)最低點滑上右側斜面并減速到0，滑塊在上述過程中重力做功WG、克服摩擦力做功Wf、動能Ek及機械能E隨滑行路程s的變化圖線正確的是(設斜面連接處為參考平面，滑塊與兩斜面間的動摩擦因數(shù)相同)()圖8答案C12.(多選)(2017余姚中學高一第二學期期中考試)如圖9所示，質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放，傳送帶由電動機帶動，始終保持以速度v勻速運動，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為，物體過一會兒能保持與傳送帶相對靜止，對于物體從靜止釋放到與傳送帶相對靜止這一過程，下列說法正確的是()圖9A.物體在傳送帶上的劃痕長為B.傳送帶克服摩擦力做的功為mv2C.電動機多做的功為mv2D.電動機多做的功為mv2答案AC解析物體在傳送帶上的劃痕長等于物體在傳送帶上的相對位移大小.物塊加速運動的加速度為ag，物體加速到速度為v時所需的時間t，在這段時間內(nèi)物體的位移x1，傳送帶的位移x2vt，則物體與傳送帶間的相對位移xx2x1，即物體在傳送帶上的劃痕長為，故A正確.傳送帶克服摩擦力做的功為Wmgx2mv2，故B錯誤.電動機多做的功轉(zhuǎn)化成了物體的動能和摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，物體在這個過