2017-2018學(xué)年同步備課套餐之高一物理人教版必修2講義：第七章機械能守恒定律 10

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精10能量守恒定律與能源[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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.能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容,會用能量守恒的觀點分析、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(hù)意識。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(rèn)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(rèn)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。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).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。［即學(xué)即用］1。判斷下列說法的正誤.（1）機械能守恒定律是能量守恒定律的一種特殊形式。(√)(2)能量耗散表明能量在逐漸消失。(×)（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。4kg的皮球，從離地面高0.5m處自由落下，與地面碰撞后以2m/s的速度反彈，不計空氣阻力，g取10m/s2，碰撞時損失的機械能為______,損失的機械能轉(zhuǎn)化為______能.答案1.2J內(nèi)一、能量守恒定律的理解［導(dǎo)學(xué)探究](1)在驗證機械能守恒定律的實驗中，計算結(jié)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?（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(jìn)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)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）①光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能②內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰③電能轉(zhuǎn)化為光能[知識深化］1.適用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。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,說明（）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.二、能量守恒定律的應(yīng)用1。能量守恒定律的表達(dá)式（1)從不同狀態(tài)看,E初＝E末.(2）從能的轉(zhuǎn)化角度看，ΔE增＝ΔE減。（3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，ΔEA增＝ΔEB減.2.能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)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3m/s,兩圓心的距離s＝4。5m，現(xiàn)將m＝1kg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)μ＝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10m/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）這一過程電動機消耗的電能E.答案(1)4.5J（2)4。5J(3)9J解析(1）設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時，物體相對地面的位移為s′.μmgs′＝eq\f（1,2）mv2，解得s′＝3m<4.5m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，此時Ek＝eq\f（1,2)mv2＝eq\f（1，2）×1×32J＝4.5J.(2）由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s,則Q＝μmg（vt－s′）＝0.15×1×10×(6－3)J＝4。5J.(3）由能量守恒知E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4。5J＝9J.三、功能關(guān)系的理解與應(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合外力做功動能的改變W合＝ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機械能的改變W＝ΔE機兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ff·x相對＝Q例3如圖2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(dá)最高點B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP＝2R,重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中（）圖2A.重力做功2mgRB。機械能減少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功eq\f（1，2）mgR答案D解析重力做功與路徑無關(guān)，所以WG＝mgR，選項A錯；小球在B點時所受重力提供向心力，即mg＝meq\f(v2,R),所以v＝eq\r(gR）,從P點到B點,由動能定理知:W合＝eq\f(1，2)mv2＝eq\f（1,2)mgR,故選項C錯；根據(jù)能量守恒知:機械能的減少量為|ΔE｜＝|ΔEp|－｜ΔEk|＝eq\f（1，2)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.例4如圖3所示，在光滑的水平面上,有一質(zhì)量為M的長木塊以一定的初速度向右勻速運動，將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端，小鐵塊與長木塊間的動摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對長木塊滑動L時與長木塊保持相對靜止,此時長木塊對地的位移為l，求這個過程中：圖3(1）小鐵塊增加的動能；(2）長木塊減少的動能；（3)系統(tǒng)機械能的減少量；（4）系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量.答案(1)μmg(l－L）（2）μmgl（3)μmgL（4）μmgL解析畫出這一過程兩物體位移示意圖,如圖所示.(1)根據(jù)動能定理得μmg（l－L）＝ΔEk即小鐵塊動能的增加量等于滑動摩擦力對小鐵塊做的功。(2)摩擦力對長木塊做負(fù)功，根據(jù)功能關(guān)系得ΔEkM＝－μmgl,即長木塊減少的動能等于長木塊克服摩擦力做的功μmgl。(3)系統(tǒng)機械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL。（4)m、M間相對滑動的位移為L,根據(jù)能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，也等于系統(tǒng)減少的機械能.1.（能源的利用）關(guān)于能源的開發(fā)和應(yīng)用，下列說法中正確的是()A.能源應(yīng)用的過程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程B?；茉吹哪芰繗w根結(jié)底來自于太陽能，因此化石能源永遠(yuǎn)不會枯竭C.在廣大的農(nóng)村推廣沼氣前景廣闊、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(xué)技術(shù)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(yīng)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(wù)，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(dāng)代，利在千秋,C正確；無論技術(shù)先進(jìn)與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭,D錯誤。故選C.2.（功能關(guān)系）如圖4所示，在高臺跳水比賽中,質(zhì)量為m的跳水運動員進(jìn)入水中后受到水的阻力(包含浮力)而豎直向下做減速運動，設(shè)水對她的阻力大小恒為F，則在她減速下降深度為h的過程中,下列說法正確的是（g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?（)圖4A。她的動能減少了FhB.她的重力勢能減少了mghC。她的機械能減少了（F－mg)hD。她的機械能減少了mgh答案B3.(功能關(guān)系)（多選）如圖5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v0沿水平方向射中木塊，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(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d，若木塊對子彈的阻力Ff視為恒定，則下列關(guān)系式中正確的是（）圖5A。Ffl＝eq\f(1，2）Mv2B.Ffd＝eq\f（1,2)Mv2C。Ffd＝eq\f（1,2)mveq\o\al(0，2）－eq\f(1,2)（M＋m)v2D.Ff(l＋d）＝eq\f（1，2）mveq\o\al（0,2）－eq\f(1，2)mv2答案ACD解析畫出運動過程示意圖，從圖中不難看出,當(dāng)木塊前進(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d時，子彈相對于地面發(fā)生的位移為l＋d.由牛頓第三定律知,子彈對木塊的作用力大小也為Ff.子彈對木塊的作用力對木塊做正功，由動能定理得Ff·l＝eq\f（1，2）Mv2①木塊對子彈的作用力對子彈做負(fù)功，由動能定理得－Ff·(l＋d)＝eq\f(1,2）mv2－eq\f（1，2）mveq\o\al（0,2）②由①②得Ff·d＝eq\f（1，2)mveq\o\al(0,2）－eq\f(1，2)(M＋m)v2所以,本題正確選項為A、C、D.4。（能量守恒定律的應(yīng)用)如圖6所示，一物體質(zhì)量m＝2kg，在傾角θ＝37°的斜面上的A點以初速度v0＝3m/s下滑,A點距彈簧上端B的距離AB＝4m。當(dāng)物體到達(dá)B后將彈簧壓縮到C點,最大壓縮量BC＝0。2m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到最高位置為D點,D點距A點AD＝3m.擋板及彈簧質(zhì)量不計，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(小數(shù)點后保留兩位小數(shù))圖6(1）物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ；（2）彈簧的最大彈性勢能Epm。答案（1)0.52（2)24.46J解析(1）物體從開始位置A點到最后D點的過程中，彈性勢能沒有發(fā)生變化，動能和重力勢能減少，機械能的減少量為ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝eq\f（1，2)mveq\o\al(0，2）＋mglADsin37°①物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q＝Ffs②其中s為物體的路程，即s＝5。4mFf＝μmgcos37°③由能量守恒定律可得ΔE＝Q④由①②③④式解得μ≈0。52.（2）物體由A到C的過程中，動能減小ΔEk＝eq\f（1，2）mveq\o\al(0，2)⑤重力勢能減少ΔEp′＝mglACsin37°⑥摩擦生熱Q′＝FflAC＝μmgcos37°lAC⑦由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢能為Epm＝ΔEk＋ΔEp′－Q′⑧聯(lián)立⑤⑥⑦⑧解得Epm≈24.46J.課時作業(yè)一、選擇題（1～4為單項選擇題，5~7為多項選擇題)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C2.能源在“兩型”社會的建設(shè)中有著重要的意義，節(jié)約用電應(yīng)成為現(xiàn)代公民的行為準(zhǔn)則.下列用電方式中屬于科學(xué)、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(xué)、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(xué)、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(xué)、合理地節(jié)約用電，故D錯誤.3.如圖1所示為低空跳傘表演，假設(shè)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eq\f(4，5)g，在運動員下落h的過程中，下列說法正確的是（）圖1A。運動員的重力勢能減少了eq\f(4，5）mghB.運動員的動能增加了eq\f（4,5)mghC。運動員克服阻力所做的功為eq\f(4，5)mghD.運動員的機械能減少了eq\f（4，5）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＝ma＝eq\f(4,5)mg，則根據(jù)動能定理得，合力做功為eq\f（4,5)mgh,則動能增加了eq\f(4，5)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eq\f(1，5）mgh，故C錯誤;重力勢能減少了mgh，動能增加了eq\f（4，5）mgh，故機械能減少了eq\f（1,5)mgh，故D錯誤.4.兩塊完全相同的木塊A、B,其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，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)生的熱量分別為QA、QB,設(shè)木塊對子彈的摩擦力大小一定,則(）A.vA>vB,QA〉QBB.vA<vB，QA＝QBC.vA＝vB，QA<QBD。vA>vB，QA＝QB答案D解析兩顆同樣的子彈穿透木塊的過程中，摩擦阻力Ff相同,子彈相對木塊滑動的距離相同，所以摩擦力做功過程中產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝FfΔx相同,根據(jù)能量守恒定律有:eq\f(1，2）mv2＝QA＋eq\f(1，2)mveq\o\al(A,2)，eq\f(1，2)mv2＝QB＋eq\f（1，2)mveq\o\al(B,2）＋eq\f（1,2）mBv′2,由以上兩式可知vA>vB,綜上所述選項D正確.5。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2所示，假設(shè)該運動員的質(zhì)量為m，在起跑時前進(jìn)的距離s內(nèi)，重心升高量為h，獲得的速度為v,則此過程中()圖2A。運動員克服重力做功WG＝mghB。運動員的機械能增加了eq\f（1，2）mv2C。運動員的機械能增加了eq\f(1，2）mv2＋mghD。運動員對自身做功W1＝eq\f(1，2）mv2＋mgh答案ACD解析運動員在此過程中重力勢能增加mgh，動能增加eq\f（1,2）mv2,機械能增加eq\f（1,2)mv2＋mgh，A、C正確,B錯誤。運動員通過蹬地對自身做功，做功的量為其機械能的增量，D正確.6.如圖3所示,在粗糙的桌面上有一個質(zhì)量為M的物塊，通過輕繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的小球相連，不計輕繩與滑輪間的摩擦，在小球下落的過程中，下列說法正確的是(）圖3A。小球的機械能守恒B.物塊與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒C.若小球勻速下降，小球減少的重力勢能等于物塊M與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量D.若小球加速下降，小球減少的機械能大于物塊M與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量答案CD解析由于繩子對小球做負(fù)功，因此小球的機械能減小，A錯誤；由于桌面粗糙，摩擦力對M做負(fù)功，因此物塊與小球組成的系統(tǒng)機械能減小，B錯誤；若小球勻速下降，根據(jù)能量守恒，小球減小的重力勢能沒有轉(zhuǎn)化為動能，而是完全轉(zhuǎn)化為物塊M與桌面間摩擦產(chǎn)生的熱量，C正確；若小球加速下降，則小球減小的機械能一部分轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的熱量，另一部分轉(zhuǎn)化為M的動能，因此D正確。7.質(zhì)量為m1、m2的兩物體,靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的人站在m1上用恒力F拉繩子,經(jīng)過一段時間后,兩物體的速度大小分別為v1和v2，位移分別為x1和x2,如圖4所示,則這段時間內(nèi)此人所做的功的大小等于（)圖4A。Fx2B。F(x1＋x2）C.eq\f(1，2)m2veq\o\al（2,2)＋eq\f（1，2）（m＋m1)veq\o\al(1，2）D。eq\f（1,2)m2veq\o\al（2,2)答案BC解析根據(jù)能量守恒可知，人通過做功消耗的化學(xué)能將全部轉(zhuǎn)化為物體m1和m2的動能以及人的動能,所以人做的功的大小等于F（x1＋x2)＝eq\f（1