第七節(jié)能量守恒定律

4.3能量守恒定律與能源能量我們已經(jīng)知道的能量形式

機(jī)械能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、動(dòng)能）風(fēng)能、電能、光能、內(nèi)能、核能、生物能、化學(xué)能、太陽(yáng)能等等能量轉(zhuǎn)化各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的

食物具有化學(xué)能，我們的身體把這種化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為維持生命所必須的內(nèi)能和機(jī)械能。能量轉(zhuǎn)化各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能能量轉(zhuǎn)化

光合作用

光能化學(xué)能各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)電機(jī)機(jī)械能電能能量轉(zhuǎn)化各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能各種形式的是可以相互轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化

另外，當(dāng)木材、煤、石油和天然氣等物質(zhì)燃燒時(shí)，它們的化學(xué)能就會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。綠色植物通過光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能……各種能都能夠做功，做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。能量轉(zhuǎn)化做功的過程即能量轉(zhuǎn)化的過程

能量守恒定律

能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變．

能量守恒定律的建立過程，是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果．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．和諧美是科學(xué)的魅力所在．恩格斯曾經(jīng)把能量轉(zhuǎn)化和守恒定律稱為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一．(另兩個(gè)發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論)通過學(xué)習(xí)能量守恒定律，你受到了什么啟示?

最普遍最重要最可靠自然規(guī)律之一知識(shí)窗中微子的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)30年代，人們發(fā)現(xiàn)在某些原子核反應(yīng)中能量似乎不守恒，當(dāng)時(shí)有人提出能量守恒并不是普遍規(guī)律的觀點(diǎn)。1993年，奧地利物理學(xué)家泡利（W.Pauli，1900——1958）猜想，之所以觀察到能量“不守恒”，可能因?yàn)榇嬖谥环N極其微小的未知粒子，是它帶走了一小部分能量。意大利物理學(xué)家費(fèi)米（E.Fermi，1901——1954）把這種未知的粒子叫做中微子。從此，人們一直在努力尋找中微子。直到1956，人們才在實(shí)驗(yàn)室找到了中微子。因此，可以說是能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律直接導(dǎo)致了中微子的發(fā)現(xiàn)泡利和費(fèi)米能源和能量耗散思考與討論既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？能量耗散然料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來(lái)供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用．這種現(xiàn)象叫做能量的耗散．大家閱讀課本第77頁(yè)到78頁(yè)有關(guān)能量和能量耗散的內(nèi)容能量耗散

寒冷冬天，由于取暖和使用電器，室內(nèi)溫度比室外高。熱量散失到室外后，不能回收重新利用。能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解?

能量耗散

能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少．但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧?。這是節(jié)約能源的根本原因．這說明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．

能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移而不會(huì)自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化熱機(jī)的效率不可能1000/0例如：一輛行駛的小轎車，燃料燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能有370/0通過發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)排除，370/0直接由排氣管排出，有260/0變?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能

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。正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的．

通過以上分析我們知道了：1、指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況：（1）人在跑步時(shí)，身體發(fā)熱（）（2）風(fēng)吹動(dòng)帆船前進(jìn)（）（3）放在火爐旁的冷水變熱（）（4）電流通過燈泡，燈泡發(fā)光（）（5）植物進(jìn)行光合作用（）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到帆船上內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移給水電能轉(zhuǎn)化為光能光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能能源的分類能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源能源是人類社會(huì)活動(dòng)的基礎(chǔ)，人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：柴草時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期．能源可分為常規(guī)能源和新能源兩類常規(guī)能源：煤、石油和天然氣等新能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、核聚變能等太?yáng)能新能源新能源風(fēng)能新疆達(dá)坂風(fēng)力發(fā)電廠水能三峽水電站新能源核能深圳大亞灣核電站新能源一、能量守恒定律

1．內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總和保持不變．2．建立過程．二、能源和能量耗散

1．內(nèi)容：能量轉(zhuǎn)化具有方向性．2．節(jié)約能源的重要意義．

小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道了5機(jī)械能=動(dòng)能+勢(shì)能

一基本知識(shí)：能態(tài)

1

動(dòng)能——物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量。大?。篍K=mV2/22重力勢(shì)能——物體由于被舉高而具有的能。大?。篍P=mgh3彈性勢(shì)能——物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能。4因摩擦而產(chǎn)生的熱能Q=fS相（S相代表物體的相對(duì)位移）能量守恒定律應(yīng)用專題二基本方法：

能量轉(zhuǎn)化守恒定律表達(dá)式1守恒式：Ek初

+Ep初=Ek末

+Ep末

+Q2轉(zhuǎn)化式：ΔE減

=ΔE增技能與技巧:1守恒式中的EP=mgh是相對(duì)量,必須規(guī)定零勢(shì)面.

2轉(zhuǎn)化式中的ΔEP=mgΔh是絕對(duì)量,不須規(guī)定零勢(shì)面.三基本物理思想：

試求以下三小球沿光滑軌道自由下落相同高度的末速度大小解法二:利用能量守恒定律根據(jù)E初

=E末得mgh=mv2/2V1=V2=V3=解法一:利用牛頓定律可求解V1、V2，但不能求解V3。四對(duì)單體應(yīng)用范例：

1如圖所示，質(zhì)量為m的物體從高為h的斜面頂端A處由靜止滑下到斜面底端B，再沿水平面運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)停止。欲使此物體從C沿原路返回到A，則在C點(diǎn)至少應(yīng)給物體的初速度V0大小為多少?(不計(jì)物體在B處的能量損失)由C→A根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律得mv02/2=mgh+QAB+QBC所以V0=2解:由A→C根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得mgh=QAB+QBC2.物體在高為h、傾角為30°的粗糙斜面上自靜止開始滑下,它滑到底端的速度是物體由h高處自由落下速度的0.8倍,求物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=_____.(保留2位有效數(shù)字)hm300而由例1得V=0.8Q=μmgcos300h/sin300

代入上式得μ=0.20解:物體下滑過程中根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得mgh=mV2/2+Q3一物體，以6m/s的初速度沿某一斜面底端上滑后又折回，折回到斜面底端時(shí)的速度大小為4m/s。試求物體沿斜面上滑的最大高度。（g取10m/s2）AmV0BC解:由A→B根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得mv02/2=mgh+Q由B→C根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律得mgh=mv`2/2+Q聯(lián)立得h=2.6m五對(duì)物體系應(yīng)用范例：

1如圖所示，兩小球mAmB通過繩繞過固定的半徑為R的光滑圓柱，現(xiàn)將A球由靜止釋放，若A球能到達(dá)圓柱體的最高點(diǎn)，求此時(shí)的速度大小。解:B球下落得高度為R+2R/4，A球上升得高度為2R由A→B根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得mBg（R+2R/4）=mAg2R+（mA+mB）V2/2則V可解得……。2如圖所示，兩質(zhì)量為m的環(huán)通過長(zhǎng)L的繩與另一等質(zhì)量的小球相連，現(xiàn)使兩環(huán)相距L由靜止釋放，求兩環(huán)運(yùn)動(dòng)后的最大速度大小。解:根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得mg（L-Lsin600）=2mV2/2

V=

3如圖所示，已知兩質(zhì)量分別為m1m2線徑不計(jì)的小物塊至于小定滑輪兩端，光滑軌道半徑為R?，F(xiàn)將m2由軌道邊緣A點(diǎn)釋放，求其到達(dá)最底點(diǎn)B時(shí)的速度大小.解:m2下落得高度為R，m1上升得高度為，設(shè)此時(shí)速度分別為V1V2。由A→B根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律

ΔE減

=ΔE增得m2gR=m1g+m1V12/2+m2V22/2又根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成規(guī)律V1=V2COS450聯(lián)立可求解V1V2

。4如圖所示，半徑為r質(zhì)量不計(jì)的圓盤豎直放置，圓心O處是一光滑的水平固定軸。在圓盤的最右端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球A,在O點(diǎn)的正下方離O點(diǎn)r/2處固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球B。放開圓盤讓其自由轉(zhuǎn)動(dòng)則求1)當(dāng)A轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)，兩小球的重力勢(shì)能之和變化了多少？

2）A球在最底點(diǎn)C速度大小

3）在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中半徑OA向左偏離豎直方向的最大角度是多少?答案（2）:由A運(yùn)動(dòng)到C過程根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律得ΔE減

=ΔE增

mAgR=mBgR/2+mAVA2/2+mBVB2/2又因ωA=ωB則VA=2VB連立可求解VAmgr/2370

5在傾角為θ的斜面體上由質(zhì)量分別為M,m兩物體和一定滑輪構(gòu)成如圖所示系統(tǒng)，若物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求釋放后m加速下落H時(shí)的落地速度aa解:設(shè)