1、1第六节 能量的转化与守恒学 习 目 标 知 识 脉 络1.知道能量守恒定律的内容(重点)2理解能量守恒定律的确切含义(难点)3掌握应用能量守恒定律解决问题的方法(重点)4知道能量转化的方向性(难点)能 量 及 其 转 化先 填 空 各种各样的能量及转化(1)对能量概念的初步认识a构成世界的基本要素为物质、能量、信息能量无处不在，能量转化无时不有b一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量(2)各种各样的能量名称 含义机械能 与物体的运动或位置高度、形变相关的能量，表现为动能、势能内能 组成物质的粒子(原子或分子)的无规则运动所具有的动能和势能的总和化学能 储存在化合物的化学键里的能量核能
2、储存在原子核内部的能量、原子核发生核反应(如裂变或聚变)时，会释放出巨大的能量电磁能 以各种各样的电磁波的形式传播的能量 (3)能量之间的相互转化自然界中，能量的存在形式多种多样，这些能量之间可以相互转化我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的再 判 断 1做功的过程就是能量转化的过程()2做功越多，能量的转化也越多()3物体做了多少功，就有多少能量消失()后 思 考 2不同形式能量间的相互转化是通过什么实现的？在某一过程中能量转化了多少是通过什么来衡量的？【提示】 物体通过做功，可以使不同形式的能量之间发生转化，做功的过程就是能量转化的过程做了多少功，就有多少
3、能量发生转化因此，可以用做功的多少确定不同形式的能量转化的多少合 作 探 讨 如图 461 所示，发生雪崩时，山顶的积雪以排山倒海之势滚落下来图 461探讨 1：重力做功引起什么能的改变？合外力做功引起什么能的改变？【提示】 重力做功引起重力势能的改变，合外力做功引起动能的改变探讨 2：除重力之外的其它力做功引起什么能的改变？【提示】 除重力之外的其它力做功引起机械能的改变核 心 点 击 1功与能量的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移)因此，功是能量转化的量度2功与能的关系由于功是能量转化
4、的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：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 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 Ep1 Ep2正功 动能增加合力做功负功 动能减少动能变化W 合 Ek2 Ek1除重力(或系 正功 机械能增加 机械能变化 W 外 E2 E13统内弹力)外其他力做功负功 机械能减少1(多选)(2016深圳期末)一个质量为 m 的物体以 a2 g 的加速度竖直向下运动，则在此物体下降 h 高度的过程中，下列说法正确的是( )A物体的重力势能减少了 2mghB物体的
5、动能增加了 2mghC物体的机械能保持不变D物体的机械能增加了 mgh【解析】 物体以 a2 g 的加速度向下运动，说明除重力外，还有其他力对物体做正功物体下降 h，重力势能减少 mgh，A 错误动能增加 2mgh，B 正确物体的机械能增加mgh，C 错误，D 正确【答案】 BD2(多选)在体育比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为 m 的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为 F，那么在他减速下降高度为 h 的过程中，下列说法正确的是( g 为当地的重力加速度)( )图 462A他的动能减少了 Fh mghB他的重力势能增加了 mghC他的机械能减少了(
6、F mg)hD他的机械能减少了 Fh【解析】 由动能定理， Ek mgh Fh，动能减少了 Fh mgh，A 选项正确；他的重力势能减少了 mgh，B 选项错误；他的机械能减少了 E Fh，C 选项错误，D 选项正确【答案】 AD3如图 463 所示，小球以 60 J 的初动能从 A 点出发沿粗糙斜面向上运动，在上升到 B 点的过程中，小球的动能损失了 50 J，机械能损失了 10 J，则小球继续向上运动至最高点 C 再运动至出发点 A 时的动能为多少？4图 463【解析】 小球在由 A 点到 B 点的过程中，动能的损失量对应于克服合外力所做的功，机械能的损失量对应于克服摩擦力所做的功由动能定
7、理得： WG Wf Ek50 J由功能原理得： Wf E10 J故 WG40 J所以 Wf WG14小球在由 B 点到 C 点的过程中，动能减少 10 J，由动能定理得：WG Wf E k10 J又： Wf WG14可得： Wf2 J所以，上升过程中小球克服摩擦力做的功为 12 J，一上一下，全过程小球克服摩擦力做的功为 24 J.在小球运动的全过程中由动能定理得： Wf 总 Ekt Ek0小球运动至出发点 A 时的动能为： Ekt Wf 总 Ek024 J60 J36 J.【答案】 36 J功和能的区别虽然功与能紧密相连，但是他们之间有严格的区别：功是力在空间上的积累，是过程量；而能反映了物
8、体对外做功的一种本领，与物体所处的状态对应，是状态量能 量 转 化 与 守 恒 定 律先 填 空 1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，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中其总量不变2意义揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性，能量既不能无中生有，也不能消灭，只能在一定条件下相互转化再 判 断 1当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增多()52自然界中的任何变化过程都满足能量守恒()3能量守恒过程外力做功必为零()后 思 考 一个叫丹尼斯李(Dennis Lee)的美国人在美国今日 新闻周刊等全国性报刊上刊登大幅广告，
9、在全美各地表演，展示其号称无需任何能源的发电机Dennis Lee 和他的永动机图 464你认为这种发电机能造出来吗？并说明原因【提示】 不能丹尼斯李发明的发电机不消耗其他能量而源源不断地产生电能，违背了能量守恒定律，因此这种发电机不能制造出来合 作 探 讨 “神舟十号”飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到 1 000 摄氏度图 465探讨 1：进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？【提示】 该过程动能增加，势能减少，机械能不守恒探讨 2：返回舱表面温度越高，内能越大该过程中什
10、么能向什么能转化？机械能和内能的总量变化吗？【提示】 该过程机械能向内能转化根据能量守恒定律，机械能和内能的总量不变核 心 点 击 61表达式及含义 E1 E2某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定与增加量相等 EA EB物体 A 的能量减少，物体 B 的能量增加，且减少量与增加量一定相等2.意义(1)能量转化与守恒定律是自然界最普遍、最重要、最基本的规律之一，反映了自然现象的普遍联系，揭示了自然界是相互联系、相互统一的(2)能量转化与守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界，高速运动与低速运动等都成立3应用步骤能量转化与守恒定律是贯穿整个物理学的规律之一，是学习物理学的一
11、条主线，运用能量的观点解释物理现象及解决物理问题简单、方便应用时可按以下步骤进行：(1)首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少(2)分别列出减少的能量和增加的能量(3)根据能量守恒定律列方程 E 减 E 增 求解4如图 466 所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )图 466A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
12、错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故 D 错；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】 B5足够长的传送带以速度 v 匀速传动，一质量为 m 的小物体 A 由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为 ，如图 467 所示，当物体与传送带相对静止时，7转化为内能的能量为( )图 467A mv2 B2 mv2C. mv2 D. mv214 12【解析】 物体 A 被放于传送带上即做匀加速直线运动，加速度 a g ，匀加 mgm速过程前进的距离 x1 .v22a v22 g该时间内传送带前进的距离 x2 vt v .v g v2 g所以物体相对传送带滑动距离
13、x x2 x1 .v22 g故产生的内能 Q mg x mg mv2，D 正确v22 g 12【答案】 D6.如图 468 所示，质量为 m 的小铁块 A 以水平速度 v0从左侧冲上质量为 M、长为 l置于光滑水平面 C 上的木板 B，刚好不从木板上掉下，已知 A、 B 间的动摩擦因数为 ，此时木板对地位移为 s，求这一过程中： 【导学号：35390076】图 468(1)木板增加的动能；(2)小铁块减少的动能；(3)系统机械能的减少量【解析】 (1)对 B 根据动能定理得： mgs Mv20，12即 EkB mgs .(2)滑动摩擦力对小铁块 A 做负功，根据动能定理可知： EkA mg (
14、s l)即小铁块减少的动能为 EkA mv mv2 mg (s l)12 20 128(3)系统机械能的减少量应为小物块动能的减少与木板 B 获得的动能之差 E 减 fl mgl .【答案】 (1) mgs (2) mg (s l) (3) mgl摩擦力对 A 做的功大于摩擦力对 B 做的功，所以 A 的动能减少大于 B 的动能的增加，两者之差等于产生的内能，体现了能量转化与守恒的特点.该内能也应等于滑动摩擦力与两物体间相对位移的乘积，即 Q f 滑 s 相对 .能 量 转 化 和 转 移 的 方 向 性先 填 空 自然界中，许多现象的发生、发展都具有方向性，能量的转化和转移也具有方向性1烧火
15、生热：化学能通过燃烧转化为内能，但是内能不会自发地重新转化为化学能2热传导：热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但热量却不能自发地从低温物体传递到高温物体再 判 断 1热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体()2热传导的过程具有方向性()3机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能()后 思 考 热量能自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境这是不是自发进行的？说明理由图 469【提示】 电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能电冰
16、箱能够把热量从低温物体传给高温物体，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高9合 作 探 讨 探讨：如图 4610 所示，把小球拉到一定角度后释放，小球在竖直平面内来回摆动，我们观察到它的摆动幅度越来越小，最后停止摆动机械能消失了吗？若没有消失，转化成了什么？能否让这种能自发的转化为机械能使小球动起来呢？图 4610【提示】 机械能没有消失，而是转化为小球和空气的内能，不可能使内能自发转化为机械能使小球摆动核 心 点 击 1关于方向性的理解：能量守恒定律指明各种形式的能量可以相互转化，并且在转化或转移过程中总和不变但是能量的
17、转化和转移并不是任意的，而是具有方向性的，具体表现在：(1)机械能与内能转化的方向性机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能却需要复杂的技术手段，比如利用热机等进行转化(2)热传递的方向性：在热传递过程中，内能可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移，内能的转移也具有方向性例如，内能要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功的方式来进行，如冰箱、空调制冷等散失到周围环境中的内能不能回收再重新利用2关于“自发”的理解“自发”是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任
18、何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的方向，但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化7我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来其原因是( )A这违反了能量守恒定律B在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能10C机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D以上说法均不正确【解析】 机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现因为各种有关热的物理过程都具有方向性，所以内能不可能全部转化成机械能，同
19、时不引起其他变化【答案】 C8十八大报告提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是( )A夏天天气炎热，空调的温度调得越低越好B把家里不好用的燃气热水器换成太阳能热水器C出行时，如果条件允许的话，尽可能选择公共交通工具D日常生活中，做到随手关灯，关掉较长时间不使用的电脑和电视【解析】 夏天天气炎热，空调温度调得越低电能消耗越多，造成不必要的能源浪费，选项 A 不符合“绿色发展、低碳发展”的理念；燃气热水器消耗的燃气是不可再生能源，太阳能热水器使用的太阳能取之不尽用之不竭，属于绿色能源；选择公交出行有利于减小碳排放，减少污染；随手关灯等习惯有利于节约能源，选项 B、C、D 都符合“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念【答案】 A9关于能量和能源，下列说法正确的是( )A由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但能量品质降低了C能量在转化过程中没有方向性D人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造【解析】 自然界中能量守恒，但仍需节约能源，在利用能源过程中，品质降低这是能源危机更深层的理解；能量转化具有方向性，不能被创造【答案】 B分析能量形式以及能量转化的方向.搞清楚是何种形式的能向何种形式的能的转化.抓住能量转化过程中能量守恒这一重要规律，即满足 E1 E2 E 损失 .
