1、1第 11 节 能量守恒定律与能源学考报告考试要求学考 选考知识内容 能量守恒定律与能源d d基本要求1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量2.知道能量守恒定律确立的两类重要事实3.叙述能量守恒定律的内容，认识建立能量守恒定律的重大意义，能用能量守恒的观点分析、解决实际问题4.了解能量耗散，了解自然界中的宏观过程的方向性5.感受节约能源、保护环境的紧迫性，认识节约能源、保护环境是每一个公民应具有的意识和素养发展要求了解能量守恒、能量转化和转移的方向性，认识能量守恒与能量可用的区别说明 不要求用能量守恒定律进行较复杂的定量计算基 础 梳 理1.能量2.建立能量守恒定律的两个重要事实
2、(1)确认了永动机的不可能(选填“可能”或“不可能”)性；(2)发现了各种自然现象之间能量的相互联系和转化。3.能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或2者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。4.能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。5.能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看， E 初 E 终 ；(2)从能的转化角度看， E 增 E 减 ；(3)从能的转移角度看， EA 增 EB 减 。即
3、学 即 练1.下列关于能量守恒定律的认识不正确的是( )A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械永动机不可能制成D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了解析 A 选项是指不同形式的能量间在转化，转化过程中能量是守恒的；B 选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移，故 A、B 都正确；任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，所以 C 正确；D 选项中石子由于受空气阻力作用，机械能要转化成内能，当最后停止在地面上时机械能
4、并没有消失，而是转化成了其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故 D 错误。答案 D基 础 梳 理1.能源：指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会活动的物质基础。2.能量耗散：(1)能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。(2)能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未减少，3但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含意，也
5、是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。典 例 精 析【例 1】 下列关于能源开发和利用的说法中正确的是( )A.能源利用的过程是内能转化成机械能的过程B.要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源C.能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程D.无论是节约能源还是开发能源，我国都需要外国支援解析 能源的利用过程实际上是一种形式的能向其他形式的能转化的过程，并不一定是单一的向机械能转化的过程，所以 C 正确，A 错误；B 中的核能、风能、地热能、海洋能等属于新能源，而不是常规能源，故
6、 B 错误；节约能源也好，开发能源也好，我国主要依靠自己，故 D 错误。答案 C即 学 即 练2.关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量耗散能量在转化过程中变少的现象叫做能量耗散 能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量守恒 能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的A. B.C. D.解析 自然界中各种能量的总和是一定的，各种能量的转化是守恒的，只不过有些能量在转化后
7、，不能再回收利用了，故选项 A 正确。答案 A基 础 梳 理41.功和能的关系可以从以下两个方面来理解(1)不同形式的能量之间的转化通过做功来实现，即做功的过程就是能量转化的过程；(2)做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式，即能量转化的多少可用做功的多少来量度。2.常用的几种功能关系功 能的变化 表达式正功 重力势能减少重力做功负功 重力势能增加重力势能变化WG Ep Ep1 Ep2正功 弹性势能减少弹力做功负功 弹性势能增加弹性势能变化W 弹 Ep Ep1 Ep2正功 动能增加合力做功负功 动能减少动能变化W 合 Ek Ek2 Ek1正功 机械能增加除重力(或系统内弹力)外其他力
8、做功 负功 机械能减少机械能变化W 其他 E E2 E1两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能变化 Ffx 相对 Q典 例 精 析【例 2】 如图 1 所示，在光滑的水平面上，有一质量为 M 的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为 m 的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为 ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动 L 时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为 l，求这个过程中图 1(1)小铁块增加的动能；(2)长木块减少的动能；(3)系统机械能的减少量。解析 画出这一过程两物体位移示意图，如图所示。5(1)根据动能定理有 mg (l L) mv20，12其中(
9、 l L)为小铁块相对地面的位移，从上式可看出 Ekm mg (l L)，说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增加量。(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系，得 EkM mgl ，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功 mgl 。(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功 E mgL 。答案 (1) mg (l L) (2) mgl (3) mgL即 学 即 练3.(2018绍兴一中期末)质量为 m 的物体，由静止开始下落，由于空气阻力，下落的加速度为 g，在物体下落 h 的过程中，下列说法不正确的是( )45A.物体动能增加了 mgh45B.物体的重力势能减少了 mghC
10、.物体克服阻力所做的功为 mgh15D.物体的机械能减少了 mgh45解析 根据牛顿第二定律可得合力 F ma mg，合力方向向下，位移方向向下，合力做正45功，大小为 W Fh mgh，根据动能定理可得则物体的动能增量为45mgh，A 正确；物体下落 h 高度，重力做功为 mgh，则重力势能减小为 mgh，B 正确；物体45下落过程中 F mg f mg，受到阻力为 mg，物体克服阻力所做的功 mgh，机械能减小45 15 15量等于阻力所做的功，故机械能减小了 mgh，故 C 正确，D 错误。15答案 D61.利用能源的过程实质上是( )A.能量的消失过程B.能量的创造过程C.能量不守恒的
11、过程D.能量转化或转移并且耗散的过程解析 利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A、B、C 错误；D 正确。答案 D2.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是( )A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量大于系统产生的热量C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案 D3.(多选)一个人站立在商店的自动扶梯的水平踏板上，随扶梯向上加速，如图 2 所示，则( )图 2A.踏板对人做的功
12、等于人的机械能增加量B.人对踏板的压力大小等于人所受到的重力大小C.人只受重力和踏板的支持力的作用D.人所受合力做的功等于人的动能的增加量解析 由功能关系可知踏板对人做的功，等于人的重力势能以及动能增加量之和，故选项A 正确；由于人具有向上的加速度，故处于超重状态，因此压力大于自身重力，故选项 B错误；由加速度方向可知人受到重力、支持力以及水平向右的摩擦力，故选项 C 错误；由动能定理可知合外力做的功等于其动能的变化量，故选项 D 正确。答案 AD74.如图 3 所示，斜面的倾角为 ，质量为 m 的滑块距挡板 P 的距离为 s0，滑块以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为 ，滑块所
13、受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力。若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过的总路程。图 3解析 滑块最终要停在斜面底部，设滑块经过的总路程为 s，对滑块运动的全程应用能量守恒定律，全程所产生的热量为Q mv mgs0sin 12 20又因为全程产生的热量等于克服摩擦力所做的功，即Q mgs cos 解以上两式可得 s 。1答案 11.下列关于能源的说法中不正确的是( )A.自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源B.煤、石油、天然气等属于常规能源C.水能是可再生能源D.常规能源的大量使用，会对环境有较大的影响，如加剧“温室效应”答案 A2.能源短缺和环境恶化指的是( )煤炭
14、和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺 煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储量将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化 大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化A. B. C. D.8解析 煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能短期内再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的
15、环境恶化，正确，故 D 正确。答案 D3.如图 1 所示，一小孩从图中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )图 1A.重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B.重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C.重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D.重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变解析 由能量守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故 A、C 均错误；由于摩擦力要做负功，因此机械能不守恒，故 D 错误；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有 B 正确。答案 B4.(多选)为了探究能量转化和守恒，小明将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，两
16、端分别固定在罐盖和罐底上，如图 2 所示。让该装置从不太陡的斜面上 A 处滚下，到斜面上 B 处停下，发现橡皮筋被卷紧了，接着铁罐居然从 B 处自动滚了上去。下列关于该装置能量转化的判断正确的是( )图 2A.从 A 处滚到 B 处，主要是重力势能转化为动能B.从 A 处滚到 B 处，主要是重力势能转化为弹性势能C.从 B 处滚到最高处，主要是动能转化为重力势能D.从 B 处滚到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能解析 在 A 处和 B 处时铁罐速度为零，动能为零，所以从 A 处到 B 处是重力势能转化为弹9性势能，故 A 项错误，B 项正确；从 B 处又滚到最高处的过程是弹性势能转化为重力势
17、能的过程，故 C 错误，D 正确。答案 BD5.蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱。如图 3 所示，蹦极者从 P 点由静止跳下，到达 A 处时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点 B 处， B 离水面还有数米距离。蹦极者(视为质点)在其下降的整个过程中，重力势能的减少量为 E1，绳的弹性势能的增加量为 E2，克服空气阻力做的功为 W，则下列说法正确的是( )图 3A.蹦极者从 P 到 A 的运动过程中，机械能守恒B.蹦极者与绳组成的系统从 A 到 B 的运动过程中，机械能守恒C. E1 W E2D. E1 E2 W解析 蹦极者下降过程中，由于空气阻力做功，故机械能减少，A、B 错误；由
18、功能关系得W E1 E2，解得 E1 W E2，C 正确，D 错误。答案 C6.如图 4 所示，轻弹簧的上端悬挂在天花板上，下端挂一质量为 m 的小球，小球处于静止状态。现在小球上加一竖直向上的恒力 F 使小球向上运动，小球运动的最高点与最低点之间的距离为 H，则此过程中( g 为重力加速度，弹簧始终在弹性限度内)( )图 4A.小球的重力势能增加 mgHB.小球的动能增加( F mg)HC.小球的机械能增加 FH10D.小球的机械能守恒解析 重力势能的增加量等于克服重力做的功，选项 A 正确；在最高点时，动能为零，从最低到最高的过程中，小球的动能增加量为零，选项 B 错误；对于小球而言，动能
19、没有增加，重力势能增加了 mgH，故小球的机械能增加了 mgH，选项 C、D 错误。答案 A7.如图 5 为我国交通运输部北海救助飞行队直升机在执行救助任务。直升机通过绳索用恒力 F 竖直向上拉起救助官兵和被困人员，使其由水面开始加速上升到某一高度，若考虑空气阻力而不考虑空气浮力，则在此过程中，以下说法不正确的有( )图 5A.力 F 和阻力的合力所做的功等于两人机械能的增量B.两人克服重力所做的功等于两人重力势能的增量C.力 F、重力、阻力三者合力所做的功等于两人动能的增量D.力 F 所做功减去克服阻力所做的功等于两人重力势能的增量解析 根据除重力外其他力做的功等于物体机械能的增量，选项 A
20、 正确，D 错误；根据重力做功与重力势能的关系，选项 B 正确；根据动能定理，选项 C 正确。答案 D8.如图 6 所示，物体 A 的质量为 m，置于水平地面上， A 的上端连一轻弹簧，原长为 L，劲度系数为 k。现将弹簧上端 B 缓慢地竖直向上提起，使 B 点上移距离为 L，此时物体 A 也已经离开地面，则下列说法中正确的是( )图 6A.提弹簧的力对系统做功为 mgLB.物体 A 的重力势能增加 mgLC.系统增加的机械能小于 mgLD.以上说法都不正确11答案 C9.(201711 月选考)如图 7 所示是具有登高平台的消防车，具有一定质量的伸缩臂能够在5 min 内使承载 4 人的登高
21、平台(人连同平台的总质量为 400 kg)上升 60 m 到达灭火位置。此后，在登高平台上的消防员用水炮灭火，已知水炮的出水量为 3 m3/min，水离开炮口时的速率为 20 m/s，则用于( )图 7A.水炮工作的发动机输出功率约为 1104 WB.水炮工作的发动机输出功率约为 4104 WC.水炮工作的发动机输出功率约为 2.4106 WD.伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为 800 W解析 水炮的发动机作用是把水从地面运到水炮处，再由水炮发射出去，因此发动机做的功转化为水发射时的动能和重力势能，所以输出功率 P ，每秒射出水的质Wt mgh 12mv2t量 m1 000 kg50 k
22、g，代入得 P410 4 W，选项 B 正确，A、C 错误；伸缩臂的发360动机做功把人和登高平台抬高了 60 m，伸缩臂本身有一定的质量，伸缩臂自身的重力势能也增加，所以伸缩臂发动机的功率大于 800 W，选项 D 错误。答案 B10.一质量为 2 kg 的物块从离地 80 m 高处自由落下，测得落地速度为 30 m/s，求下落过程中产生的内能。( g 取 10 m/s2)解析 这里，内能显然无法直接计算，但是下落过程中减少的机械能转化成了内能。根据能量守恒，产生的内能为E mgh mv2(21080 2302) J700 J。12 12答案 700 J11.如图 8 所示，皮带的速度是 3
23、 m/s，两圆心距离 s4.5 m，现将 m1 kg 的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数 0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：12图 8(1)小物体获得的动能 Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量 Q；(3)这一过程电动机消耗的电能 E 是多少？( g10 m/s 2)解析 (1)由 mg ma 得 a1.5 m/s 2由 mgs mv2，得 s3 m4.5 m，12即物体可与皮带达到共同速度，Ek mv2 132 J4.5 J。12 12(2)由 v at 得 t2 sQ mg (vt s)0.15110(63) J4.5 J(3)E 电 Ek
24、Q4.5 J4.5 J9 J。答案 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J12.如图 9 所示，一物体质量 m2 kg，在倾角 37的斜面上的 A 点以初速度 v03 m/s 下滑， A 点距弹簧上端 B 的距离 AB4 m。当物体到达 B 后将弹簧压缩到 C 点，最大压缩量 BC0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为 D 点， D 点距 A 点 AD3 m。挡板及弹簧质量不计， g 取 10 m/s2，sin 370.6，求：图 9(1)物体与斜面间的动摩擦因数 ；(2)弹簧的最大弹性势能 Epm。解析 (1)法一 最后的 D 点与开始的位置 A 点比较：动能减少 E
25、k mv 9 J。12 20重力势能减少 Ep mglADsin 3736 J。机械能减少 E Ek Ep45 J机械能的减少量全部用来克服摩擦力做功，即13Wf Ffl45 J，而路程 l5.4 m，则 Ff 8.33 N。Wfl而 Ff mg cos 37，所以 0.52。Ffmgcos 37法二 由动能定理得mglADsin mg cos l 总 0 mv12 20其中 l 总 5.4 m代数值解得 0.52。(2)由 A 到 C 的过程：动能减少 Ek mv 9 J。12 20重力势能减少 Ep mglACsin 3750.4 J。机械能的减少用于克服摩擦力做功 Wf Ff lAC mg cos 37lAC35 J。由能的转化和守恒定律得：Epm Ek Ep Wf24.4 J。答案 (1)0.52 (2)24.4 J
