能量守恒定律與能源

1、 第二章 機(jī)械能守恒定律第十節(jié) 能量守恒定律與能源【知能準(zhǔn)備】1能量(1)概念.一個(gè)物體能夠?qū)ν?,我們就說這個(gè)物體具有 。如:運(yùn)動(dòng)的物體可以推動(dòng)與其接觸的另一個(gè)物體一起向前運(yùn)動(dòng),對(duì)被推動(dòng)的物體做功,說明運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。又如流動(dòng)的河水、被舉高的重物、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體都能對(duì)外做功.因此都具有能量。(2形式：能量有各種不同的形式。運(yùn)動(dòng)的物體具有 ;被舉高的重物具有 ;發(fā)生彈性形變的物體具有 ;由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)具有 。另外自然界中還存在化學(xué)能、電能、光能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。不同的能與物體的不同運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng),如機(jī)械能對(duì)應(yīng) ;內(nèi)能與大量微觀粒子的 相對(duì)應(yīng)(

2、3)能量的轉(zhuǎn)化：各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,而且在轉(zhuǎn)化過程中 保持不變。也就是說當(dāng)某個(gè)物體的能量 時(shí),一定存在其他物體的能量 且減少量一定 增加量;當(dāng) 的能量減少時(shí),一定存在其他形式的能量增加,且減少量一定 增加量。（4）功是能量轉(zhuǎn)化的量度不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的 的過程。且做了多少功,就有 能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的 。2能量守恒定律(1)內(nèi)容:能量既不會(huì) ，也不會(huì) ,它只會(huì)從一種形式 為其地形式,或者從一個(gè)物體 另一個(gè)物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中.能量的總量 ,這個(gè)規(guī)律叫做能量守恒定律.(2)定律的表達(dá)式： 3.能源和能量耗散(

3、1)能源是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ).人類利用能源大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期,即，。(2)能量耗散:燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去,它就不會(huì)起來供人類重新利用;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,我們也無法把這些內(nèi)能起來這種現(xiàn)象叫做能量的耗散?！就綄?dǎo)學(xué)】 1功與能能是狀態(tài)量，功是過程量。不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。如舉重運(yùn)動(dòng)員把重物舉起來,對(duì)重物做了功這一過程中,運(yùn)動(dòng)員通過做功消耗了體內(nèi)的化學(xué)能,轉(zhuǎn)

4、化為重物的重力勢能.并且,運(yùn)動(dòng)員做了多少功,就有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢能。能量的具體值往往無多大意義,我們關(guān)心的大多是能量的變化量,能量的變化必須通過做功才能實(shí)現(xiàn),某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系。例1分析常見力做功與能量轉(zhuǎn)化的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 重力做功： 彈力做功：電場力做功： 電流做功：解答：重力做功：重力勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化；彈力做功:彈性勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化； 電場力做功:電勢能與其他能相互轉(zhuǎn)化； 電流做功:電能和機(jī)械能等其他形式的能相互轉(zhuǎn)化2 能量守恒定律能量守恒定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一,是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線。要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能,發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.滑動(dòng)摩擦

5、力與相對(duì)距離的乘積在數(shù)值上等于系產(chǎn)生的內(nèi)能、即Q=FL相注意:(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等 (2)某個(gè)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。這也是我們列能量守恒表達(dá)式時(shí)的兩條基本思路。例2（05全國）如圖2-10-1所示，在水平桌面的邊角處有一輕質(zhì)光滑的定滑輪K，一條不可伸長的輕繩繞過K分別與物塊A、B相連，A、B的質(zhì)量分別為mA、mB。開始時(shí)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一水平恒力F拉物塊A，使物塊B上升。已知當(dāng)B上升距離為h時(shí)，B的速度為v。求此過程中物塊A克服摩擦力所做的功。重力加速度為g。 解答：由于連結(jié)AB繩子在運(yùn)

6、動(dòng)過程中未松，故AB有一樣的速度大小，對(duì)AB系統(tǒng)，由功能關(guān)系有：FhWmBgh=(mA+mB)v2 求得：W=FhmBgh(mA+mB)v2ABKF2-10-12-10-2例3一小滑塊放在如圖2-10-2所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過程中，拉力F所做的功的大?。ń^對(duì)值）為A，斜面對(duì)滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為G，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變（指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能）等于多少？，滑塊的重力勢能的改變等于多少？滑塊機(jī)械能（指動(dòng)能與重力勢能之和）的改變等于多少？解析：根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變等于

7、外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系，重力勢能的減少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此E = A B D 3能源和能量耗散能量耗散表明,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。是能源危機(jī)更深層次的含意,也是“自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源”例4太陽能的儲(chǔ)存一直是個(gè)難題.科學(xué)家發(fā)現(xiàn),鹽水湖被太陽曬久了,湖底的濕度會(huì)越來越高,并難以通

8、過湖水的對(duì)流將熱散發(fā)出去，而淡水湖不具備這一特點(diǎn).根據(jù)這一特點(diǎn),可以利用鹽水湖來儲(chǔ)存太陽能.你能分析這是為什么嗎?你能根據(jù)這規(guī)律設(shè)計(jì)出一種儲(chǔ)存太陽能的具體方案嗎？（提示:鹽水湖中含鹽量高的湖水密度大,總是留存湖底不會(huì)上浮)解答:在含鹽量高的湖水的表面吸收了太陽能之后,部分水分被蒸發(fā),使湖水表面水層含鹽量變大且溫度也隨之升高.由于含鹽量高的湖水密度大,所以這部分密度大、溫度高的表層湖水就會(huì)在重力作用下下沉,將所吸收的郜分太陽能帶到湖底,使湖底溫度越來越高.由于湖底鹽水密度大于上部湖水密度,因此湖底的鹽水不會(huì)再向上運(yùn)動(dòng),將熱量散失,這就使得太陽能得到儲(chǔ)存.建造一個(gè)具有一定深度的濃度足夠高的鹽水池,

9、使其具有很好的保溫性能,并且在水池底部安熱傳導(dǎo)裝置,就可以實(shí)現(xiàn)利用鹽水儲(chǔ)存太陽能并且利用這部分儲(chǔ)存的太陽能為生產(chǎn)生服務(wù)4自然界中自發(fā)的能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性熱量可以自發(fā)的由高溫物體傳遞給低溫物休,但不能自發(fā)的由低溫物體傳給高溫物體冒起的煤煙和散開的炭灰不可能又重新組合成一堆煤炭，散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收重新利用?！就綑z測】1下列關(guān)于功、能的說法正確的是（ ）A功就是能,能就是功B物體做功越多,物體的能就越大C外力對(duì)物體不做功,這個(gè)物體就沒有能量D能量轉(zhuǎn)化的多少可以用功來量度2.試說明下列利用能源的方式中,什么能轉(zhuǎn)化為什么能?A水力發(fā)電B汽車行駛C電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵抽水D核電站發(fā)電E火箭

10、發(fā)射衛(wèi)星3以下哪些過程遵守能的轉(zhuǎn)化和守恒定律（ ）A自由落體運(yùn)動(dòng)的彈丸擊中沙袋B電流通過電阻絲使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C炮彈爆炸D單擺在有空氣阻力的情況下擺動(dòng)4風(fēng)能和水能是以下哪一種能的間接形式（ ）A核能 B電能 C太陽能 D地?zé)崮?質(zhì)量為4kg,的物體被人由靜止開始向上提升0.25m后速度達(dá)1m/s,則下列判斷正確的是（ ）A人對(duì)物體做功12JB合外力對(duì)物體做功2JC物體克服重力做功10J D人對(duì)物體做的功等于物體增加的動(dòng)能6行駛的汽車制動(dòng)后滑行一段距離,最后停下來;流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光芒；降落傘在空中勻速下落,上述不同規(guī)象包含的相同物理過程是（ ）A物體克服阻力做功B物體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他

11、形式的能C物體勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能D物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能7高20m的瀑布,1min內(nèi)流下的水沖擊水輪機(jī)后,其水流的功率有20%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?若發(fā)電的功率為200kW,則水流的功率為_1min內(nèi)流下的水量是_.8(05上海)如圖2-10-3所示，某人乘雪橇從雪坡經(jīng)A點(diǎn)滑至B點(diǎn)，接著沿水平路面滑至C點(diǎn)停止人與雪橇的總質(zhì)量為70kg表中記錄了沿坡滑下過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，請(qǐng)根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題：位置ABC速度(m/s)2.012.00時(shí)刻(s)0410 (1)人與雪橇從A到B的過程中，損失的機(jī)械能為多少?(2)設(shè)人與雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小(g 10ms2)2-10-3第十

12、節(jié) 能量守恒定律與能源練習(xí)題1下列燃料中不屬于化石燃料的是( )A煤 B木柴 C石油 D天然氣2下列關(guān)于對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(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)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3利用下列哪種能源時(shí),給人類帶來的污染較?。?）A煤 B石油 C天然氣 D核能4關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法中正確的是A舉重運(yùn)動(dòng)員把重物舉起來,體內(nèi)的一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢能B電流通過電阻絲使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C內(nèi)燃機(jī)做功的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程D做功的過程是能量轉(zhuǎn)

13、化的過程，做了10J功,就有10J能量發(fā)生轉(zhuǎn)化5（00上海）如圖2-10-4所示，長度相同的三根輕桿構(gòu)成一個(gè)正三角形支架，在A處固定質(zhì)量為2的小球，B處固定質(zhì)量為的小球，支架懸掛在O點(diǎn)，可繞過O點(diǎn)并與支架所在平面相垂直的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，開始時(shí)OB與地面相垂直，放手后開始運(yùn)動(dòng)，在不計(jì)任何阻力的情況下，下列說法正確的是（ ）AA球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度為零。BA球機(jī)械能減少量等于B球機(jī)械能增加量。CB球向左擺動(dòng)所能達(dá)到的最高位置應(yīng)高于A球開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的高度。2-10-5D當(dāng)支架從左向右回?cái)[動(dòng)時(shí)，A球一定能回到起始高度。 2-10-46（05江蘇）10如圖2-10-5所示，固定的光滑豎直桿上套著一個(gè)滑塊，用輕繩

14、系著滑塊繞過光滑的定滑輪，以大小恒定的拉力F拉繩，使滑塊從A點(diǎn)起由靜止開始上升若從A點(diǎn)上升至B點(diǎn)和從B點(diǎn)上升至C點(diǎn)的過程中拉力F做的功分別為W1、W2，滑塊經(jīng)B、C兩點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為EKB、EKc，圖中AB=BC，則一定有（ ）(A)Wl>W2 (B)W1<W2 (C)EKB>EKC (D)EKB<EKC7在水平地面上平鋪n塊磚,每塊磚的質(zhì)量為m,厚度為h.如將磚一塊一塊地疊放在一起,至少需要做 功。8一小物體以50J的初動(dòng)能滑上斜面,當(dāng)動(dòng)能為25J時(shí),機(jī)械能減少2J,則當(dāng)物體滑回原出發(fā)點(diǎn)時(shí)動(dòng)能= J9如圖2-10-6所示，物體在光滑水平面勻速向左運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的動(dòng)能為10

15、0J，后來碰到一輕彈簧，當(dāng)彈簧壓縮到最短時(shí)彈簧的彈性勢能為 J，在物體壓縮彈簧的過程中，彈簧的彈力做了 J功。v2-10-610（05北京）是豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧軌道，在下端B與水平直軌道相切，如圖2-10-7所示。一小球自A點(diǎn)起由靜止開始沿軌道下滑。已知圓軌道半徑為R，小球的質(zhì)量為m，不計(jì)各處摩擦。求（1）小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能（2）小球下滑到距水平軌道的高度為R/2時(shí)的速度大小和方向（3）小球經(jīng)過圓弧軌道的B點(diǎn)和水平軌道的C點(diǎn)時(shí)，所受軌道支持力NB、NC各是多大？OmABVCVR2-10-7 11（ 05全國）如圖2-10-8所示，質(zhì)量為m1 的物體A經(jīng)一輕質(zhì)彈簧與下方地面上的質(zhì)量為m

16、2 的物體B相連，彈簧的勁度系數(shù)為k，A、B都處于靜止?fàn)顟B(tài)。一條不可伸長的輕繩繞過輕滑輪，一端連物體A，另一端連一輕掛鉤。開始時(shí)各段繩都處于伸直狀態(tài)，A上方的一段繩沿豎直方向?，F(xiàn)在掛鉤上掛一質(zhì)量為m3的物體C并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，已知它恰好能使B離開地面但不繼續(xù)上升。若將C換成另一個(gè)質(zhì)量為(m1+m3) 的物體D，仍從上述初始位置由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則這次B剛離地時(shí)D的速度的大小是多少？已知重力加速度為g。2-10-8ABm2km12-10-912（01年上海"理綜")隨著人類能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人類所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù).圖2-10-9是上海"明

17、珠線"某輕軌車站的設(shè)計(jì)方案，與站臺(tái)連接的軌道有一個(gè)小的坡度.請(qǐng)你從提高能量利用效率的角度，分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn). 2-10-1013有人設(shè)計(jì)了這樣一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”：距地面一定高度架設(shè)一個(gè)水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個(gè)水輪機(jī)，水輪機(jī)的軸上安裝一個(gè)抽水機(jī)和一個(gè)砂輪他指望抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機(jī)器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了（如圖2-10-10所示）14如圖2-10-11，一傳送皮帶與水平面夾角為30°，以2m/s的恒定速度順時(shí)針運(yùn)行.現(xiàn)將一質(zhì)量為10 kg的工件輕放于底端，經(jīng)一段時(shí)間送到高2m的平臺(tái)上，工件與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 = /2，求帶動(dòng)皮帶的電動(dòng)機(jī)由于傳送工件而多消耗的電能.2-10-11 第十節(jié) 能量守恒定律與能源知能準(zhǔn)備答案1做功 能量、動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能、內(nèi)能 機(jī)械運(yùn)動(dòng) 熱運(yùn)動(dòng) 總量 減少 增加 等于某種形式 等于 能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移) 多少 量度 消滅 創(chuàng)生 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 保持不變E初= E終E增= E減柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期自動(dòng)聚集收集重新利用第十節(jié) 能量守恒定律與能源同步檢測答案1D 2A機(jī)械能-電能， B 化學(xué)能-內(nèi)能-機(jī)械能 ，C -電能-機(jī)械能，D原子核能-電能， E 化學(xué)能-內(nèi)