10 能量守恒定律与能源

证明 ∵ W合 = WG + W弹 + W其他 = ΔE动
又ΔE = ΔE重 + ΔE弹 + ΔE动 WG = -ΔE重 ,W弹 = -ΔE弹 . ∴ W其他 = ΔE
当WG外＞0时，△E＞0，机械能增加
当WG外＜0时，△E＜0，机械能减少
功和能
例2.质量为m的物体在下落过程中，经过高度h1处速度 为v1，下落至高度h2处速度为v2，空气阻力恒为f ，分 析由h1下落到h2过程中机械能的变化。 解：根据动能定理，有 1 1 2 2 WG W f mv2 mv 1 2 2 取地面为参考平面，有：
WG mgh 1 mgh 2
1 1 2 2 W f m v2 m v 1 m gh 2 m gh 1 2 2
1 1 2 2 m v2 m gh 2 mv 1 m gh 1 E2 E1 E 2 2
1.下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是 ( ABC )
为电能
水蓄能电站
电能转化为内能
电能转化为机械能
在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移 能量转移：例如运动的甲钢球碰击静止的乙钢球、 在热传递过程中等等。 特点：能量的形式没有变
能量转化：例如小朋友滑滑梯、水力发电、火力
发电、电流通过电热器时等等。 特点：能量的形式发生变化
例1.指出下列现象中能量的转化或转移情况： （1）人在跑步时，身体发热（ 化学能转化为内能 ） （2）风吹动帆船前进（ 风的机械能转移到帆船上 ） （3）放在火炉旁的冷水变热（内能由火炉转移给水 ） （4）电流通过灯泡，灯泡发光（ 电能转化为光能 ） （5）植物进行光合作用（ 光能转化为化学能 ）
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器——永动 机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失
了
2.下列说法中正确的是（ ABCD ） A.不同形式能量的转化是通过做功来实现的
图5－3－12
四、功能关系
1. 重力做功 WG= E重 2.合外力做功 W 合 = E 动 3.弹簧弹力做功 W弹= E弹 弹性势能的变化： 动能的变化： 重力势能的变化：
4.除重力(弹力)外，其他外力对物体所做的总功WG外等于
物体机械能的变化量△E
WG外 E E 2 E1 E k2 E p2 E k1 E p1
永动机不可能制造
二.能量守恒定律
1.内容： 能量既不会消失，也不会产生，它只会从一种形式转
化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而
在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．
2.定律的表达式
E初＝E终 ；△E增＝△E减
3.说明：
①该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物
理学的一条主线。 ②要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和 转移。
4．如图所示，一个质量为 m 的物体(可视为质点)以某一速 度由 A 点冲上倾角为 30° 的固定斜面，做匀减速直线运动，其 加速度的大小为 g， 在斜面上上升的最大高度为 h， 则在这个过 程中，物体(
A)
A．机械能损失了 mgh B．重力势能增加了 3mgh 1 C．动能损失了 mgh 2 1 D．机械能损失了 mgh 2
答案：A
5.从 C 点竖直冲出，完成空翻，完成空翻的时间为 t，由 B 到 C 的过程中，克服摩擦阻力做功为 W，空气阻力忽略不计，重力 加速度为 g，试求：自行车运动员从 B 到 C 至少做了多少功？
解析：运动员由 C 到 D 过程做竖直上抛运动，设初速度为 1 1 v0，则有：0＝v0－ gt，得 v0＝ gt；运动员从 B 到 C 至少做功 2 2 1 2 1 22 为 W0，由动能定理：W0－W＝ mv0，解得：W0＝W＋ mg t . 2 8
如图所示长木板A放在光滑的水平面上，物 体B以水平速度冲上A上后，由于摩擦力的 作用，最后相对A静止的过程中，下列说法 中正确的是 （ CD ）
• 如图所示，质量为m的物体在水平传送带上 由静止释放，传送带由电动机带动，始终 保持以速率v匀速运动，物体与传送带间的 动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传 送带相对静止，对于物体从静止释放到相 对传送带静止这一过程，
能量守恒定律和能源
三.能源和能量耗散
1.人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期，煤
炭时期，石油时期。
2.能量耗散：燃料燃烧时 一旦把自己的热量释放出 去，它就不会自动聚集起 来供人类重新利用。(能量 转化的方向性） 3.为什么要节约能源 （1）能源短缺 （2）环境恶化 （3）能量耗散
能源的利用和发展
一、能量守恒定律 1.能量守恒定律的内容 2.能量守恒定律的表达式 E初＝E终；△E增＝△E减 二、能源和能量耗散 1.人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期， 煤炭时期，石油时期。 2.能量耗散(能量转化的方向性） 三、功能关系
WG= E重 W 合 = E 动 W弹= E弹 W其他= E机
机械能对应机械运动，内能对应大量微观粒子的热运
动„„
我们知道能量的形式：
机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、 原子能等．
2.能量转化
太阳能的利用：太阳能转化为电能
内燃机车：内能转化为机械能
食物的化学能转化成为维持 生命所必须的内能和机械能。
水果电池：化学
水电站：水的机械能转化
能转化为电能
10 能量守恒定律与能源
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.能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观
点分析、解释一些实际问题 。
3.了解能量耗散，了解自然界中宏观过程中能量守恒 以及能量转化和转移的方向性 。
思考：永动机是否能够制造？
一、能量守恒定律确立的依据
1.能量的多样性 对应于不同的运动形式，能量的形式也是多种多样的。
是（
C ）
A．延长发动机的寿命 B．促进地方经济和西部发展 C．减少大气污染 D．节约能源
5.一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是
（ D ） A.物体机械能不变，内能也不变 B.物体机械能减小，内能不变 C.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小
D.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变
7.如右图所示一质量为m的物体,在距地面h高处以 1 g
的加速度由静止竖直下落到地面，则：
（1）重力势能变化了多少？ （2）动能变化了多少？ （3）机械能变化了多少？ 解：(1)E重 WG mgh
1 (2)E动 W合 F合h mah mgh 3
3
a=1/3g h
(3)以地面为重力势能参考平面 1 2 E E2 E1 mv2 mgh mgh 2 2 3 故机械能减少了 3 mgh
求：（1）摩擦力对物体做的功 （2）传送带克服摩擦力做的功 • （3）在传送过程中产生的热量 • （4）因传送物体电动机多消耗的电能
【典例】 (2013· 云南部分名校统考，24)如图 5－3－12 所示， 与水平面夹角为 θ＝30° 的倾斜传送带始终绷紧，传送带下 端 A 点与上端 B 点间的距离为 L＝4 m，传送带以恒定的 速率 v＝2 m/s 向上运动．现将一质量为 1 kg 的物体无初 速度地放于 A 处，已知物体与传送带间的动摩擦因数 μ＝ 3 ，取 g＝10 m/s2，求： 2 (1)物体从 A 运动到 B 共需多少时间？ (2)电动机因传送该物体多消耗的电能．
B.做功的过程总是伴随着能量的转化（或转移）
C.某种形式的能量增加10J，一定有其他形式的能量减 少10J D.某个物体的能量减少10J，一定有其他物体的能量增 加10J
3.在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰
箱门打开，室内空气温度将 ( A A．升高 B．不变 C．降低 )
D．不可能升高
1 22 答案：W＋ mg t源自86.一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定 在天花板上，如图所示。现在最低点C处施加一竖直向下 的力，将最低点缓慢拉至D点。在此过程中，绳的重心位 置（ A A. 逐渐升高 B. 逐渐降低 C. 先降低后升高 D. 始终不变 ） A C B
D
4.近年来，在公交车和出租车中推行用天然气代替汽油 作燃料的改革，取得了显著的进展，走上街头你会发现 不少公交车和出租车上印有“CNG”的标记，代表它们是 以天然气作为燃料的汽车，则推广这一改革的主要目的
解析： 重力做了 mgh 的负功， 重力势能增加 mgh， B 错． 由 于物体沿斜面以加速度 g 做减速运动，由牛顿第二定律可知： 1 mgsin30° ＋Ff＝mg，所以 Ff＝ mg.摩擦力做功为：Wf＝－Ff· 2h 2 ＝－mgh，机械能损失 mgh，故 A 项正确，D 错．由动能定理 得 ΔEk＝－mgh－mgh＝－2mgh，即动能损失了 2mgh，故 C 错．