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1、能量守恒定律与能源能量守恒定律与能源 一、能量守恒定律 1建立能量守恒定律的两类重要事实 (1)确认了永动机的不可能性。 (2)发现了各种自然现象之间的相互联系与转化。 2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。 3机械能守恒定律与能量守恒定律的关系 机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在特定背景下的一种特殊表现形式。 说明 能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠 的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。 填一填 指出下列现象中能量
2、的转化或转移情况： (1)植物的光合作用； _ (2)雨天时出现雷电； _ (3)人在跑步时，身体发热； _ (4)手摇发电机发电使灯泡发光； _ (5)风吹动帆船前进。 _ 解析：(1)植物利用太阳光进行化学合成，是光能转化为化学能；(2)出现雷电时，发出 震耳欲聋的响声、耀眼的强光并放出热量，是电能变为声波能、内能和光能；(3)人跑步时 身体发热，是身体剧烈运动时，加速人体内新陈代谢的生理机能，是人体内储存的化学能转 化为内能；(4)发电机的动能转化为电能，电能使灯泡发光，是机械能转化为电能，电能转 化为灯丝的光能和内能 ； (5)空气的流动形成风， 风具有机械能， 帆船前进具有的仍是机械
3、能， 是风的机械能转移给帆船，是机械能的转移。 答案：见解析 二、能源和能量耗散 1能源与人类社会 人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。自工业革 命以来，煤和石油成为人类的主要能源。 2能量的耗散 燃料燃烧时把自己的热量释放出去， 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，这种现象叫做能量的耗散。 3能源危机的含义 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，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。 说明 能量的耗散反
4、映了能量转化的方向性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，所 以自然界的能量虽然守恒，但还是很有必要节约能源。 判一判 1煤自古至今都是人类的主要能源() 2能量耗散表明能量正在逐渐消失() 3自然界总能量虽然不变，但我们仍需要有节能意识() 1.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等。 (2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等。 (3)初状态的各种能量总和等于末状态的各种能量总和。 2解题步骤 (1)分清共有多少种形式的能(如动能、势能、电能、内能等)在变化。 (2)明确哪种形式的能量增加，哪种形
5、式的能量减少。 (3)减少的总能量一定等于增加的总能量，据此列出方程：E减E增。 3注意 因为能量守恒定律的宽泛性，在不涉及机械能之外的内能、电能、光能、核能等能量的 转化时，一般不用能量守恒定律解题，而是用动能定理或机械能守恒定律。 典型例题 例 1.下列说法正确的是( ) A随着科技的发展，永动机是可以制成的 B太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但辐射到宇宙空间的能量都消 失了 C“既要马儿跑，又不让马儿吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明 能量可以凭空产生 解析 永动机违背了能量守恒定律，所以永动
6、机是永远不可能制成的，选项 A 错误； 太阳辐射到宇宙空间的能量并没有消失，而是转化成了其他形式的能量，选项 B 错误，马和 其他动物， 包括人要运动， 必须消耗能量， 动物的能量来源是食物中储存的生物质能， 选项 C 正确 ； 所谓“全自动”手表，其内部是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表 活动时，使摆锤不停摆动，给游丝(弹簧)补充能量，才会维持手表的走动，如果把这种表放 在桌面上静置几天，它也是会停的，选项 D 错误。 答案 C 例 2.如图所示，滑块从A点由静止开始沿曲面下滑，过O点后滑至右边曲面B点时的 速度恰好等于 0，O点附近光滑，滑块经过O点时不发生碰撞。若滑块从B点
7、以某一速度v 沿原路径往回滑，到达A点时的速度也恰好为 0。求A、B两点间的高度差。(假设滑块从A 点到B点与从B点到A点因摩擦而产生的内能相同) 解析 答案 v 2 4g 点评 (1)能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理的一条主线。 (2)要分清系统中有多少种形式的能量，发生哪些转移和转化。 即时巩固 1 在质量为 0.5 kg 的重物上安装一极轻的细棒(设细棒足够长)， 如图所示， 用手在靠 近重物处握住细棒，使重物静止，握细棒的手不动，稍稍减小握力，使手和细棒间保持一定 的摩擦力， 让重物和细棒保持一定的加速度下落， 在起初的1.0 s的时间里， 重物落下了 0.50
8、m。在此过程中手和细棒之间所产生的热量是多少？(g取 10 m/s2) 解析：由hat2 1 2 a1 m/s2 2h t2 由vat11 m/s1 m/s 由能量守恒mghmv2Q热 1 2 Q热0.5100.5 J 0.512 J2.25 J。 1 2 答案：2.25 J 1.功与能的区别 (1)功是力在空间上的积累，是过程量。 (2)能反映了物体能够对外做功的一种本领，与物体所处的状态相对应，是状态量。 2功能关系 功是能量转化的量度。 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，而且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转 移)。
9、3几种常见的力做功与能量转化的对应关系 不同的力做功对应不同形式能的转化 合外力做的功动能变化 重力做的功重力势能变化 弹簧弹力做的功弹性势能变化 只有重力、弹簧弹力做功不引起机械能的变化 除重力和弹力之外的力做功机械能变化 一对滑动摩擦力做的总功内能变化 典型例题 例 3.(2016廉江高一检测)质量为 4 kg 的物体被人由静止开始向上提升 0.25 m 后速度 达到 1 m/s，则下列判断错误的是(g取 10 m/s2)( ) A人对物体做的功为 12 J B合外力对物体做的功为 2 J C物体克服重力做的功为 10 J D人对物体做的功等于物体增加的动能 解析 人对物体做的功等于物体机
10、械能的增加量， 即W人mghmv212 J， 选项 1 2 A 正确，D 错误；合外力对物体做的功等于物体动能的增加量，即W合mv22 J，选项 B 1 2 正确；物体克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，即Wmgh10 J，选项 C 正确。 答案 D 即时巩固 2下列说法中正确的是( ) A能就是功，功就是能 B做功越多，物体的能量就越大 C外力对物体不做功，这个物体就没有能量 D能量转化的多少可以用做功来量度 解析：选 D 功和能是两个不同的概念，选项 A 错误；做功的多少只能说明能量转化的 多少， 而不能说明能量的多少， 选项 B 错误 ； 外力做功与否不能说明物体能量的有无， 选项
11、C 错误；功是能量转化的量度，选项 D 正确。 1.比热容公式：Qcmt(c是比热容，m 是质量，t 是温差)。 2水流量：指单位时间内流过某一横截面积的水的体积。 3在确定能量转化的方向时，可以从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定。 典型例题 例 4.某一圆筒横截面积为 3102 m2， 筒内装水 0.6 kg， 用水测量射到地面的太阳能， 某一天中午在太阳光直射 2 min 后，筒内水的温度升高了 1 。已知水的比热容c 4.2103 J/(kg )。求： (1)在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量； (2)假设射到大气顶层的太阳能只有 43% 到达地面，另外 57% 被大气
12、吸收和反射而未到 达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗(日地距离r1.51013 cm)? 解析 (1)圆筒内的水经过 2 min 照射后，增加的内能 EQcmt 解得 E2.52103 J 每分钟获得的能量为 1.26103 J/min E 2 圆筒横截面积 S3102 m23102 cm2 地球上每平方厘米每分钟获得的能量为 4.2 J/(min cm2) E 2S (2)上述能量也相当于以太阳为球心，以日地距离r为半径的球面上每分钟每平方厘米 获得的能量，设太阳辐射的功率为P，则43%， P 60 4r2 E 2S 其中r1.51013 cm 解得 P4.61026 W 答案 (1)4
13、.2 J/(min cm2) (2)4.61026 W 即时巩固 3(2016莒县高一检测)一水电站，水流的落差为 20 m，水流冲击水轮发电机后，水 流的能有 20%转化为电能，若发电机的功率为 200 kW，则每分钟的水流量是多少？(g取 10 m/s2) 解析：设 1 分钟水的流量为Q， 则在 1 分钟内水流的质量mQ， 在 1 分钟内水流减少的重力势能 EpmghQgh 由题意可知：发动机的功率 PE p 20% t 整理得Q，代入数据得： Pt gh 20% Q300 m3。 答案：300 m3 1(2016银川高一检测)如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其 能量的变
14、化情况是( ) A重力势能减小，动能不变，机械能减小 B重力势能减小，动能增加，机械能减小 C重力势能减小，动能增加，机械能增加 D重力势能减小，动能增加，机械能守恒 解析：选 B 由于摩擦力做负功，机械能不守恒，D 错误；下滑过程中重力势能转化为 动能和内能，所以机械能减小，B 正确，A、C 错误。 2关于能源的利用中，下列说法不正确的是( ) A自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 B一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度 C煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应 D能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的 解析：选 A 自然界的能量守恒，但能量在利用过程中，可利
15、用的品质在逐渐降低，因 此，必须节约能源，A 错误，C、D 正确 ； 城市工业、交通急剧发展使得城市接收了过多耗散 的能量，使城市温度升高，B 正确。 3水流从高处落下，对水轮机做 3108 J 的功，对这句话理解正确的是( ) A水流在对水轮机做功前，具有 3108 J 的能量 B水流在对水轮机做功时，具有 3108 J 的能量 C水流在对水轮机做功后，具有 3108 J 的能量 D水流在对水轮机做功的过程中，3108 J 的能量转化为水轮机的动能 解析：选 D 功不是能量，功是能量转化的量度。水流在对水轮机做功的过程中，水流 的能量减少了，减少的能量，一部分转化成水轮机的动能，一部分转化成
16、内能，系统总能量 是不变的，D 正确。 4多选关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( ) A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，这种现象叫做能量的耗散 B能量在转化过程中变少的现象叫做能量的耗散 C 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， 能量的总量并未减少， 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， 而自然界的能量是守恒的 D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 解析：选 AC 由“能量耗散”定义知道，能在转化过程中品质下降，总量不变，A、C 正确；B、D 违背了能量守恒定律，B
17、、D 错误。 5(2016福建月考)某海湾共占面积 1.0107 m2，涨潮时水深 20 m，此时关上水坝闸 门，可使水位保持 20 m 不变，退潮时，坝外水位降至 18 m，假如利用此水坝建水力发电站， 且重力势能转化为电能的效率为10%， 每天有两次涨潮， 问该电站一天能发出多少电能(g10 m/s2) 解析：设 h为退潮时水减少的深度，S为海湾的面积。利用潮汐发电，就是水的重力 势能转化为电能，水能转化为电能的效率是 10%，一次涨潮，退潮后水坝内水的势能增加： W水G hmgh水Vgh 1 2 1 2 1 2 水Shgh水Sgh2 1 2 1 2 则水的势能可转变为电能：W电W水 每天 2 次涨潮，则该电站一天能发电 W2W电2W水 2水Sgh2 1 2 10%1.01031.01071022 J41010 J 答案：电站一天能发出 41010J 电能。