高中物理必修2能量守恒定律与能源 例题解析

能量守恒定律与能源 例题解析

(1)

【例1】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等于系统产生的热量

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

解析：子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失.A 选项漏考虑系统增加的内能，C 选项应考虑的是系统（子弹、木块）内能的增加.C 错.

答案：BD

【例2】太阳与地球的距离为1.5×1011 m ，地球半径为6.37×106 m ，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面2/3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W 约为 1.87×1024 J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1 kg 水需要2.2×106 J 的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.

（1）估算整个地球表面的年平均降雨量（以mm 表示，地球表面积为4πR 2）； 解析：据能量守恒定律，总吸收的能量为

W ′=W （1－7%）×（1－35%）=1.87×1024×0.93×0.65 J=1.13×1024 J 因蒸发1 kg 水需2.2×106 J 的能量，所以蒸发的水的质量 m=62410

2.2101

3.1⨯⨯kg=5.14×1017 kg m 即为年降雨的总质量，其总体积为V=ρ

m ，年降雨量使地球表面覆盖的一层水

的厚度h 为: h=球S V =24πR V =ρ24πR m =3261710

1037.614.341014.5⨯⨯⨯⨯⨯）（m=1.01×103 mm 整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103 mm.

答案：约为1.0×103 mm

（2）太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W 只是其中的一部分，太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明三个理由.

解析：太阳辐射到地球的能量要经过大气层才能到达地面，太阳光经过大气层时有大气层的吸收，大气层的散射或反射、云层遮挡等，所以太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面.

答案：参考上面的解析.

(2)

【例2】液体能够沿着很细的毛细管上升一段距离而高出原来的液面，这种现象叫做毛细现象.棉线浸在煤油中，煤油会沿着棉线上升一段较大的高度，有人根据这一现象制造了一台可以源源不断地对外做功的机器，如图5-10-1所示.

外做功

图5-10-1

试根据能的转化和守恒定律，分析说明这台装置能够正常工作吗？若不能正常工作，原因可能出现在哪里：

解析：这台装置不能正常工作.假设它能正常工作，便意味着这台装置不需要外界的能量而源源不断地对外工作，对外界输出能量，这违背了能量转化和守恒定律，此装置成为一台永动机.煤油能沿棉线上升一个较大的高度，这是一个不争的事实，如果B槽中有煤油便会向下流动冲击叶轮对外做功也是无可置疑的，此装置不能工作的原因就只能是煤油虽上升到B槽高处，但不能滴落到B槽中.

点评：这是一道考查学生对自然现象的观察能力和应用能的转化和守恒定律分析解决实际问题能力的题目.例如，我们容易注意到毛细现象，但往往不注意观察上升的液体是否能从毛细管中流出.

答案：不能工作.违背能的转化和守恒定律.原因是煤油不能从棉线上滴落.

【例3】有关功和能，下列说法正确的是

A.力对物体做了多少功，物体就具有多少能

B.物体具有多少能，就一定能做多少功

C.物体做了多少功，就有多少能量消失

D.能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少

解析：功是能量转化的量度，即物体做了多少功，就有多少能量发生了转化；并非力对物体做了多少功，物体就具有多少能；也非物体具有多少能，就一定能做

多少功，所以A、B错误.做功的过程是能量转化的过程，能量在转化过程中总量守恒并不消失，所以C错误.正确答案是D.

点评：正确理解功能关系：能是做功的前提，功是能量转化的量度.

答案：D