35機械能守恒定律

1、10,能量守恒定律與能源,1.,了解各種不同形式的能,知道能量守恒定律確定,的兩類重要事實。,2.,能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容,會用能量守恒的,學(xué)習(xí),觀點分析、解釋一些實際問題。,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)約能源和環(huán)境保護意識。,目標(biāo),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,_(A.,可能,B.,不可能,),性。,B,(2),發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的,_,與,_,。,相互聯(lián)系,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,_,為另一種形式,或者從一個物體,_,到別的物體,在,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,

2、_,或,_,的過程中,能量的總量,_,。,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,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,_,、最,_,、最,_,的自然規(guī)律之一,而且,普遍,重要,可靠,是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。,【自我思悟】,1.,一個叫丹尼斯,李,(Dennis Lee),的美國人在,美國今日新聞周刊等全國性報刊上,刊登大幅廣告,在全美各地表演,展示其號稱,無需任何能源的發(fā)電機。,你認為這種發(fā)電機能造出來嗎,?,并說明原因。,提示,:,不能。丹尼斯,李發(fā)明的發(fā)電機不消耗其他能量而源源不,斷地產(chǎn)生電能,違背了能量守恒,因此這種發(fā)電機不能制造出來。,2.,如圖小朋友沿

3、滑梯向下滑動過程中,他們身上發(fā)生了哪些能,量間的轉(zhuǎn)化,?,小朋友的機械能守恒嗎,?,提示,:,小朋友下滑時,重力勢能減少,動能增加,同時他們與滑梯的,內(nèi)能也增加,;,小朋友的機械能減少,一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。,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、,_,時期、,_,時期。自工業(yè)革命以來,煤和,煤炭,石油,_,成為人類的主要能源。,石油,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。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

4、法把這些散失的能量收集起,內(nèi)能,光能,來重新利用。,內(nèi)能,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,_,但在可利用的品質(zhì)上,_,從,雖未減少,降低了,便于利用的變成,_,的了。,不便于利用,4.,能量轉(zhuǎn)化的方向性與節(jié)約能源的必要性,:_,反映了能,能量耗散,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,也是有代價的,所以自然界的能量雖然,_,但還是很有必要,節(jié)約能源。,守恒,【自我思悟】,有的同學(xué)認為,:,既然自然界總能量是守恒的,那就沒必要節(jié)約能,源了。他的觀點為何不對,?,提示,:,總能量雖然守恒,但是可利用的能量越來越少,所以人類應(yīng),節(jié)

5、約可利用能源。,一、能量守恒定律的應(yīng)用,規(guī)律方法,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)E,增,=E,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,),。,【微思考】,(1),行駛在水平路面上的汽車關(guān)閉發(fā)動機以后

6、,會慢慢停止前進,該過程中汽車減少的機械能轉(zhuǎn)化為什么能,?,總能量還守恒嗎,?,提示,:,汽車減少的機械能轉(zhuǎn)化為汽車、路面及周圍空氣的內(nèi)能,;,汽車、路面及周圍空氣的總能量不變。,(2),機械能守恒定律與能量守恒定律有區(qū)別嗎,?,提示,:,機械能守恒定律與能量守恒定律是兩個不同層面上的定律。,機械能守恒定律是眾多能量守恒定律中的特例,只有符合一定的,條件,系統(tǒng)的機械能才守恒,;,而系統(tǒng)的總能量一定保持不變,即能,量守恒定律是無條件的。,【題組通關(guān)】,【示范題】,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)化成其他能量,但照射到宇宙空,間的能

7、量都消失了,C.,“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定,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,說明能量可以憑空產(chǎn)生,【解題探究】,(1),能量守恒定律的根本原因,:,能量既不會憑空,_,也不會憑空,_,。,產(chǎn)生,消失,(2),這里的永動機是指一種什么樣的“機器”,?,提示,:,這里的永動機是指不消耗能量而能永遠對外做功的機器。,【規(guī)范解答】,選,C,。永動機是不消耗或少消耗能量,可以大量對,外做功的裝置,違背能量守恒定律,A,錯誤。能量不可能憑空消,失,B,錯誤。能量也不可能憑空產(chǎn)生,C,正確,D,錯誤。,【通關(guān),1+1,

8、】,1.,自由擺動的秋千擺動幅度越來越小,下列說法正確的是,(,A.,機械能守恒,B.,能量正在消失,C.,只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化,D.,減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒,),【解析】,選,D,。自由擺動的秋千擺動幅度越來越小,說明機械能,減少,摩擦阻力對秋千做負功,使減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,正確,選項為,D,A,、,B,、,C,錯誤。,2.(,多選,),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.,因為能量守恒,所以“能源危機”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

9、量耗散的制約,所以能源的利用是有條件的,也是有代價的,【解析】,選,A,、,C,、,D,。本題考查對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。,【變式訓(xùn)練】,1.,一質(zhì)量均勻、不可伸長的繩索,重為,G,A,、,B,兩,端固定在天花板上,現(xiàn)在最低點,C,處施加一豎直向下的力,將最,低點緩慢拉至,D,點,在此過程中,繩的重心位置,(,A.,逐漸升高,B.,逐漸降低,C.,先降低后升高,D.,始終不變,),【解析】,選,A,。外力對繩索做正功,繩索的機械能增加,由于繩索,的動能不變,增加的必是重

10、力勢能,重力勢能增加是重心升高的,結(jié)果,故,A,正確。,2.,人身體在最佳狀態(tài)下,只能把人體化學(xué)能的,25%,轉(zhuǎn)化為有用的,機械能。假如一位質(zhì)量為,60 kg,的登山運動員恰好具有這樣的,轉(zhuǎn)化效率,若他平均每小時登高,500 m,那么,他在,5 h,內(nèi)共消耗,的化學(xué)能為多少,?(g,取,10m/s,2,),【解析】,運動員每小時增加的機械能,E,p,=mgh=3,10,5,J,6,J,運動員每小時消耗的化學(xué)能,E,1,= =1.2,10,E,p,5h,內(nèi)運動員消耗的化學(xué)能,E=5,E,?,1,=6,10,6,J,。,答案,:,6,10,6,J,【素養(yǎng)升華】,利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的兩點注意,(

11、1),能量既可通過做功的方式實現(xiàn)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化,也可在同一物體的不同部分或不同物體間進行轉(zhuǎn)移。,(2),能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過程中,能量的總量保持不變。利用能量,守恒定律解題的關(guān)鍵是正確分析有多少種能量變化,分析時避免,出現(xiàn)遺漏。,二、對功能關(guān)系的理解,1.,功能關(guān)系概述,:,深化理解,(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,就是能量之間轉(zhuǎn)化,(,或轉(zhuǎn)移,),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,(,或轉(zhuǎn)移,),。,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)系如表,:

12、,功,能量轉(zhuǎn)化,關(guān)系式,重力做功,彈力做功,合外力做功,除重力、系統(tǒng),內(nèi)彈力,以外的其他力做功,重力勢能的改變,彈性勢能的改變,動能的改變,機械能的改變,內(nèi)能的改變,W,G,=-,E,p,W,F,=-,E,p,W,合,=E,k,W=E,機,F,f,x,相對,=Q,兩物體間滑動摩擦力,對物體系統(tǒng)做功,【微思考】,“神舟十號”飛船返回艙進入地球大氣層以后,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到,1000,攝氏,度以上。,(1),返回艙進入地球大氣層以后,哪些力做功,?,做什么功,?,提示,:,重力做正功,空氣阻力做負功。,(2),以上過程涉及了哪些能量間的轉(zhuǎn)化,?,提示,:

13、,返回艙重力做的功等于其重力勢能的減少量,;,阻力做的功,等于返回艙機械能的減少量,;,重力與阻力做的總功等于返回艙動,能的增加量。,【題組通關(guān)】,【示范題】,(2013海南高考,),一質(zhì)量,m=0.6kg,的物體以,v,0,=20m/s,的初速度從傾角=30的斜坡底端沿斜坡向上運動。,當(dāng)物體向上滑到某一位置時,其動能減少了E,k,=18J,機械能減,少了E=3J。不計空氣阻力,重力加速度,g,取,10m/s,2,求,:,(1),物體向上運動時加速度的大小,;,(2),物體返回斜坡底端時的動能。,【解題探究】,(1)_,合外力所做的功,等于物體動能的變化。,(2)_,等于物體重力勢能的變化。,

14、重力所做的功,【規(guī)范解答】,(1),設(shè)物體運動過程中所受的摩擦力為,f,向上運動,的加速度的大小為,a,由牛頓第二定律可知,a=,mgsin,?,?,f,設(shè)物體的動能減少E,m,k,時,在斜坡上運動的距離為,s,由功能關(guān)系,可知E,k,=(mgsin+f)s,E=fs,聯(lián)立式,并代入數(shù)據(jù)可得,a=6m/s,2,(2),設(shè)物體沿斜坡向上運動的最大距離為,s,m,由運動學(xué)規(guī)律可得,s,m,=,v,2,0,2a,設(shè)物體返回斜坡底端時的動能為,E,k,由動能定理得,E,k,=(mgsin,-f)s,m,聯(lián)立以上各式,并代入數(shù)據(jù)可得,E,k,=80J,答案,:,(1)6m/s,2,(2)80J,【通關(guān),

15、1+1,】,1.(,拓展延伸,),【示范題】中,:(1),物體沿斜坡上升到最高點時,它的機械能損失了多少,?,(2),從上升到返回到斜坡底端過程中,系統(tǒng)共產(chǎn)生了多少內(nèi)能,?,【解析】,(1),解法一,:,選斜坡底端高度為參考平面,物體的機械能,損失,:,E,減,=E,1,-E,2,= mv,0,2,-mgs,m,sin30,=20J;,1,解法二,:,物體的機械能損失等于它克服摩擦力做的功,:,2,E,減,=fs,m,=0.1mgs,m,=20J,。,(2),解法一,:,根據(jù)能量守恒定律,系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能等于物體機械能,的減少量,:,E=E,1,-E,3,= mv,0,2,-,mv,2,=40J

16、,。,1,2,1,2,解法二,:,系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能等于它克服摩擦力做的功,:,E=2fs,m,=2,0.1mgs,m,=40J,。,答案,:,(1)20J,(2)40J,2.(,多選)(2014桂林高一檢測,),如圖所示,高,h=2m,的曲面固定,不動。一個質(zhì)量為,1kg,的物體,由靜止開始從曲面的頂點滑下,滑到底端時的速度大小為,4m/s,。,g,取,10m/s,2,。在此過程中,下列,說法正確的是,(,),A.,物體克服摩擦力做功,20 J,B.,物體的動能增加了,8 J,C.,物體的重力勢能減少了,20 J,D.,曲面對物體的支持力對物體不做功,1,f,= mv,2,=,【解析】,選,B,

17、、,C,、,D,。根據(jù)動能定理得,mgh+W,2,1,4,2,J=8 J,B,對。其中重力做功,W,G,=mgh=1,10,2J=20 J,1,2,故重力勢能減少,20 J,C,對。所以摩擦力做功,W,=8J-20 J=,f,-12 J,A,錯。支持力始終與物體的速度垂直,故支持力不做功,D,對。,3.(2013寧波高一檢測,),蹦床運動員與床墊接觸的過程可簡化,為下述模型,:,運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的床墊,(A,位置,),上,隨床墊一同向下做變速運動到達最低點,(B,位置,),如圖。有關(guān)運,動員從,A,運動至,B,的過程,說法正確的是,(,A.,運動員的機械能守恒,),B.,運動員的速

18、度一直減小,C.,運動員的機械能先增加后減小,D.,運動員先失重后超重,【解析】,選,D,。運動員從,A,運動至,B,的過程,床墊彈力對運動員,做負功,運動員的機械能轉(zhuǎn)化成了蹦床的彈性勢能,運動員的機,械能不斷減小,A,、,C,錯。該過程運動員受到的合力先是向下后,向上,加速度也是先向下后向上,所以運動員先失重后超重,D,對。,運動員的速度是先增加后減小的,B,錯。,【變式訓(xùn)練】,如圖所示,滑塊靜止于光滑水平面上,與之相連的,輕質(zhì)彈簧處于自然伸直狀態(tài)。現(xiàn)用恒定的水平外力,F,作用于彈,簧右端,在向右移動一段距離的過程中,拉力,F,做了,10J,的功。上,述過程中,(,),A.,彈簧的彈性勢能增

19、加了,10 J,B.,滑塊的動能增加了,10 J,C.,滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能增加了,10 J,D.,滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,【解析】,動能,A,、,選,C,。拉力,F,做功既增加了彈性勢能,還增加了滑塊的,B,錯,;,系統(tǒng)增加的機械能等于拉力,F,做的功,C,對,D,錯。,【素養(yǎng)升華】,應(yīng)用功能關(guān)系解題的基本步驟,(1),明確研究對象。,(2),分析物體的運動過程并畫圖展示。,(3),分析力對研究對象的做功情況和能量轉(zhuǎn)化形式。,(4),根據(jù)動能定理或能量守恒定律列方程求解。,【資源平臺】,備選角度,:,能量守恒定律在實際問題中的應(yīng)用,【示范題】,某地平均風(fēng)速為,5m/s,已知空氣

20、密度是,1.2 kg/m,3,有一風(fēng)車,它的車葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為,12 m,的圓面。如果這,個風(fēng)車能將圓面內(nèi),10%,的氣流動能轉(zhuǎn)化為電能,則該風(fēng)車的發(fā)電,機功率是多大,?,【標(biāo)準解答】,在,t,時間內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量,m=r,2,vt,這些氣流的動能為,E,k,= mv,2,1,轉(zhuǎn)化成的電能為,2,E= mv,2,10%,所以風(fēng)車帶動發(fā)電機的功率為,1,2,v,3,10%,2,P= r,代入數(shù)據(jù)得P3.4kW。,E,1,?,答案,:,3.4kW,t,2,摩擦力做功與機械能的變化,【案例剖析】,(,多選)(2013瓊海高一檢測,),如圖所示長木板,A,放在光滑的水平地面上,物體,B,以水

21、平速度沖上,A,后,由于摩擦力,作用,最后停止在木板,A,上,則從物體,B,沖到木板,A,上到相對木板,A,靜止的過程中,下述說法中正確的是,(,),A.,物體,B,動能的減少量等于系統(tǒng)損失的機械能,B.,物體,B,克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量,C.,物體,B,損失的機械能等于木板,A,獲得的動能與系統(tǒng)內(nèi)能的增加,量之和,D.,摩擦力對物體,B,做的功和對木板,A,做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能,的增加量,【精講精析】,選,C,、,D,。物體,B,動能的減少量等于,B,克服摩擦力,做的功,也等于,B,的機械能的減少量,A,錯。摩擦力對物體,B,做的,功等于,B,機械能的減少,摩擦力對木板,A

22、,做的功等于,A,機械能的,增加,故摩擦力對物體,B,做的功和對木板,A,做的功的總和等于系,統(tǒng)機械能的減少量,由能量守恒定律,系統(tǒng)內(nèi)能增加量等于機械,能的減少量,故,B,錯,C,、,D,對。,【名師指津】,摩擦力做功不一定能引起機械能的變化,(1),由于一對相互作用的靜摩擦力的位移總是相同,而摩擦力本,身等值反向,所以它們做功的代數(shù)和總為零。靜摩擦力做功的過,程,只引起物體間機械能的轉(zhuǎn)移,而沒有機械能轉(zhuǎn)化,;,(2),一對相互作用的滑動摩擦力的位移總是不同,故它們做功的,代數(shù)和不為零,而且總功為負值,在數(shù)值上等于兩個物體機械能,的減少量。減少的機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。,【自我小測】,1.(,多選

23、,),如圖所示,質(zhì)量為,M,的木塊放在光滑的水平面上,質(zhì)量,為,m,的子彈以速度,v,0,水平射中木塊,并最終留在木塊中與木塊一,起以速度,v,運動。已知當(dāng)子彈相對木塊靜止時,木塊前進距離,L,子彈進入木塊的深度為,s,。若木塊對子彈的阻力,F,f,視為恒定,則,在此過程中產(chǎn)生的熱量,(,A.Q=F,f,(L+s),),B.Q= mv,0,2,-,C.Q=F,f,1,s,mv,2,1,2,2,-,2,(M+m)v,2,D.Q= mv,0,1,2,1,2,2,1,【解析】,選,C,、,D,。對木塊：,F,f,L= Mv,2,-,mv,2,對子彈：,-F,f,(L+s)= mv,1,0,1,2,2,2,2,-,(M+m)v,2,聯(lián)立可得，,F,f,s= mv,0,1,1,依據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，,2,Q= mv,0,2,-,(M+m)v,2,2,1,1,產(chǎn)生的熱量,Q=F,f,s,，故,C,、,D,正確。,2,2,2.(2014巴蜀中學(xué)高一檢測,),如圖所示,工廠利用足夠長的皮帶傳輸機把貨物從,地面運送到高出水平地面的,C,平臺上,C,平臺離地面的高度一定。傳輸機的皮帶以一定的速度,v,順時針,轉(zhuǎn)動且不打滑。將貨物輕輕地放在,A,處,貨物隨皮帶到達平臺。