人教課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版必修二機(jī)械能及其守恒定律1 能量守恒定律與能源（全國一等獎(jiǎng)）

第10節(jié)能量守恒定律與能源學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.知道能量守恒定律的內(nèi)容，了解能源和能量耗散的定義。1.個(gè)定律——能量守恒定律2.個(gè)概念——能量耗散、能源危機(jī)2.通過對(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，領(lǐng)悟能量守恒定律的確切含義。3.能舉例說明我們周圍能源的耗散，樹立節(jié)能意識(shí)。一、能量守恒定律

閱讀教材第81頁“能量守恒定律”部分，大概知道能量守恒定律的內(nèi)容。1.建立能量守恒定律的兩個(gè)重要事實(shí)： (1)確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的_____(A.可能B.不可能)性。 (2)發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的__________與_____。B相互聯(lián)系轉(zhuǎn)化2.內(nèi)容：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_____為另一種形式，或者從一個(gè)物體______到別的物體，在______或______的過程中，能量的總量______

______。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移不變保持3.意義：能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍。它是最____、最____、最____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。普遍重要可靠思維拓展“神舟十號(hào)”飛船返回艙進(jìn)入地球大氣層以后，由于它的高速下落，而與空氣發(fā)生劇烈摩擦，返回艙的表面溫度達(dá)到1000攝氏度。圖1(1)進(jìn)入大氣層很長一段時(shí)間，返回艙加速下落，返回艙表面溫度逐漸升高。該過程動(dòng)能和勢能怎么變化？機(jī)械能守恒嗎？(2)返回艙表面溫度越高，內(nèi)能越大。該過程中什么能向什么能轉(zhuǎn)化？機(jī)械能和內(nèi)能的總量變化呢？答案

(1)勢能減少動(dòng)能增加機(jī)械能不守恒(2)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不變二、能源和能量耗散

閱讀教材第82頁“能源和能量耗散”部分，知道能量耗散的原因，了解能量轉(zhuǎn)化的方向性。1.能源與人類社會(huì)：人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期、______時(shí)期、______時(shí)期。自工業(yè)革命以來，煤和______成為人類的主要能源。煤炭石油石油2.能量耗散：燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，就不會(huì)再次自動(dòng)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)化成______和______，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的______，我們無法把這些散失的能量收集起來重新利用。內(nèi)能光能內(nèi)能3.能源危機(jī)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__________，但在可利用的品質(zhì)上_________，從便于利用的變成____________的了。4.能量轉(zhuǎn)化的方向性與節(jié)約能源的必要性：__________反映了能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向性。所以，能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的，所以自然界的能量雖然______，但還是很有必要節(jié)約能源。雖未減少降低了不便于利用能量耗散守恒思維拓展圖2情景1：如圖2甲所示，煤炭和石油是常規(guī)能源。盡管我國的常規(guī)能源資源非常豐富，但由于人口眾多，所以能源的需求量很大，能源的浪費(fèi)很嚴(yán)重，將來會(huì)面臨能源危機(jī)。情景2：如圖2乙、丙所示，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿仁切履茉?，積極開發(fā)利用新能源是實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。(1)能量耗散與能量守恒是否矛盾，為什么？(2)能量是守恒的，為什么還要節(jié)約能源？答案

(1)能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散并不是能量消失了，而是在能源利用的過程中，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，使能量的品質(zhì)下降。但能量在數(shù)量上并沒有減少。(2)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)量上并未減少，但在可利用品質(zhì)上降低了，從便于利用的能量變成不便于利用的能量了。這是能源危機(jī)更深層次的含義，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。因此我們要節(jié)約能源，同時(shí)積極研究和開發(fā)利用新能源和可再生能源，如核能、太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等。

[要點(diǎn)歸納]能量守恒定律的理解和應(yīng)用1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)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.表達(dá)式 (1)E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和。 (2)ΔE增＝ΔE減，能量的增加量等于能量的減少量。3.應(yīng)用步驟 (1)明確研究對(duì)象及研究過程。 (2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化。 (3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少。 (4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)。[精典示例][例1]

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)化成其他能量，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)生解析永動(dòng)機(jī)是不消耗或少消耗能量，可以大量對(duì)外做功的裝置，違背能量守恒定律，A錯(cuò)誤；能量不可能憑空消失，B錯(cuò)誤；能量也不可能憑空產(chǎn)生，C正確，D錯(cuò)誤。答案C[針對(duì)訓(xùn)練1]

某地平均風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風(fēng)車，它的風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m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？答案3391.2W[要點(diǎn)歸納]摩擦生熱及產(chǎn)生內(nèi)能的有關(guān)計(jì)算1.系統(tǒng)內(nèi)一對(duì)靜摩擦力即使對(duì)物體做功，但由于相對(duì)位移為零而沒有內(nèi)能產(chǎn)生，只有物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移。2.作用于系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦力和物體間相對(duì)滑動(dòng)的距離的乘積，在數(shù)值上等于滑動(dòng)過程產(chǎn)生的內(nèi)能。即Q＝F滑x相對(duì)，其中F滑必須是滑動(dòng)摩擦力，x相對(duì)必須是兩個(gè)接觸面的相對(duì)滑動(dòng)距離(或相對(duì)位移)。[精典示例][例2]

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速傳動(dòng)，一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖3所示。傳送帶足夠長，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：圖3(1)小木塊的位移；(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程；(3)小木塊獲得的動(dòng)能；(4)摩擦過程中產(chǎn)生的內(nèi)能；(5)因傳送小木塊電動(dòng)機(jī)多消耗的電能。[針對(duì)訓(xùn)練2](多選)如圖4所示，質(zhì)量為M、長度為l的小車靜止在光滑的水平面上。質(zhì)量為m的小物塊放在小車的最左端?，F(xiàn)有一水平恒力F作用在小物塊上，使物塊從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，物塊和小車之間的摩擦力為f。經(jīng)過時(shí)間t，小車運(yùn)動(dòng)的位移為s，物塊剛好滑到小車的最右端，下列說法正確的是(

)圖4A.此時(shí)物塊的動(dòng)能為(F－f)(s＋l)B.這一過程中，物塊對(duì)小車所做的功為f(s＋l)C.這一過程中，物塊和小車增加的機(jī)械能為FsD.這一過程中，物塊和小車產(chǎn)生的內(nèi)能為f

l答案

AD[要點(diǎn)歸納]功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1.功能關(guān)系概述 (1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(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(guān)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(guān)系如下表：功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢能的改變WG＝－ΔEp彈力做功彈性勢能的改變WF＝－ΔEp合力做功動(dòng)能的改變W合＝ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機(jī)械能的改變W＝ΔE機(jī)兩物體間滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ffx相對(duì)＝Q[精典示例][例3]

如圖5所示，某段滑雪雪道傾角為30°，總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運(yùn)動(dòng)員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為

g。在他從上向下滑到底端的過程中，下列說法正確的是(

)圖5答案D[針對(duì)訓(xùn)練3]

(多選)如圖6所示，質(zhì)量為m的物體放在升降機(jī)的底板上。若升降機(jī)從靜止開始以a＝

的加速度豎直向下運(yùn)動(dòng)一段位移h。下列說法正確的是(

)答案

CD1.(能源的開發(fā)和利用)下列關(guān)于能源開發(fā)和利用的說法中，正確的是(

) A.能源利用的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程 B.能量是守恒的，因此不需要節(jié)約能源 C.能源利用的過程是一種形式的能向另外一種形式的能轉(zhuǎn)化的過程 D.無論是節(jié)約能源還是開發(fā)能源，我國都要外國支援

答案

C2.(對(duì)能量守恒定律的理解)(多選)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)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加 C.不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)械——永動(dòng)機(jī)不可能制成 D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了解析根據(jù)能量守恒定律可知，能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生。能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，A、B正確，D錯(cuò)誤；永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，故它不可能制造出來，C正確。答案

ABC3.(摩擦生熱及產(chǎn)生內(nèi)能的有關(guān)計(jì)算)兩塊完全相同的木塊A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑水平桌面上。兩顆同樣的子彈以相同的水平速度射入兩木塊，穿透后子彈的速度分別為vA、vB，在子彈穿透木塊過程中因克服摩擦力產(chǎn)生的熱分別為QA、QB，設(shè)木塊對(duì)子彈的摩擦力大小一定，則(

)A.vA＞vB，QA＞QB B.vA＜vB，QA＝QBC.vA＝vB，QA＜QB D.vA＞vB，QA＝QB答案D4.(對(duì)功能關(guān)系的理解)(多選)如圖7所示，楔形木塊abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc與水平面的夾角相同，頂角b處安裝一定滑輪。質(zhì)量分別為M、m(M＞m)的滑塊，通過不可伸長的輕繩跨過定滑輪連接，輕繩與斜面平行。兩滑塊由靜止釋放后，沿斜面做勻加速運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦，在兩滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的過程中(

)圖7