2019高中物理 第四章 机械能和能源 第六节 能量的转化与守恒学案 粤教版必修2.doc

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1、1第六节第六节 能量的转化与守恒能量的转化与守恒知识目标核心素养1.了解自然界中存在多种形式的能量.2.知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.3.通过能量守恒以及能量转化和转移的方向，认识提高效率的重要性.1.科学认识生活中能量转化的实例.2.理解能量守恒定律的确切含义，会根据能量守恒定律解决多种能量转化问题.一、能量转化及守恒定律1各种形式的能量自然界存在着不同形式的能量如：机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等2能量的存在形式多种多样，不同形式的能量可以相互转化我们所消耗的能量，大部分是太阳能辐射到地球后转化而来的3能量转化与守恒定律(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空

2、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，在转化或转移的过程中其总量不变(2)意义：揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性、而且具有统一性宣布“第一类永动机”不可能制成二、能量转化和转移的方向性在整个自然界中，所有宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程(1)热传导的方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高(2)机械能和内能转化过程的方向性机械能是可以全部转化为内能的，但在任何情况下都不可能把从高温热源吸收的热量全部转变为有用的机械功，而且工作物质本身又回到原来的状态

3、，即内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化21判断下列说法的正误(1)机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式()(2)在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少()(3)内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化()2质量为 0.4 kg 的皮球，从离地面高 0.5 m 处自由落下，与地面碰撞后以 2 m/s 的速度反弹，不计空气阻力，g取 10 m/s2，碰撞时损失的机械能为_，损失的机械能转化为_能答案 1.2 J 内一、对能量守恒定律的理解1在验证机械能守恒定律的实验中，计算发现，重物减少的重力势能的值总大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少机械能减少的原因是什么？减少的部分机

4、械能是消失了吗？答案 机械能减少的原因是由于要克服摩擦阻力和空气阻力做功，机械能转化成了内能不是2请说明下列现象中能量是如何转化或转移的？(1)植物进行光合作用(2)放在火炉旁的冰融化变热(3)电流通过灯泡，灯泡发光答案 (1)光能转化为化学能(2)内能由火炉转移到冰(3)电能转化为光能1适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律2对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3例 1 (多选)从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，

5、则( )A在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C在水平面上滚动时，总能量正在消失D在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒答案 AD解析 在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化；在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的，故选 A、D.【考点】对能的转化与守恒的理解【题点】机械能和内能的转化二、能量守恒定律的应用1能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初E末(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2能量守恒定律应用的关键步骤(1)明确研究对象和研究过程(2)找全参与转化或转移

6、的能量，明确哪些能量增加，哪些能量减少(3)列出增加量和减少量之间的守恒式例 2 如图 1 所示，皮带的速度是 3 m/s，两圆心的距离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：(g取 10 m/s2)图 1(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.答案 (1)4.5 J (2)4.5 J (3)9 J解析 (1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s.mgsmv2，解得s3 mvB，QAQB BvAvB，QAQB答案 D解

7、析 两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Qfs相同，根据能量守恒定律有：mv2QAmvA2，1 21 2mv2QBmvB2mBv2，由以上两式可知vAvB，故选项 D 正确1 21 21 2【考点】能量守恒定律的理解与基本应用【题点】摩擦生热及内能的理解与计算考点二 功能关系5.如图 2 所示为低空跳伞表演，假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是( )4 5图 213A运动员的重力势能减少了mgh4 5B运动员的动能增加了mgh4 5C

8、运动员克服阻力所做的功为mgh4 5D运动员的机械能减少了mgh4 5答案 B解析 在运动员打开伞之前下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故 A 错误；根据牛顿第二定律得，运动员所受的合力为F合mamg，则根据动能定理得，合力做功为mgh，则4 54 5动能增加了mgh，故 B 正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功4 5为mgh，则运动员克服阻力做功为mgh，故 C 错误；重力势能减少了mgh，动能增加了1 5mgh，故机械能减少了mgh，故 D 错误4 51 5【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用6(多选)某运动员采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速

9、蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心如图 3 所示，假设该运动员的质量为m，在起跑时前进的距离s内，重心升高量为h，获得的速度为v，重力加速度为g，则此过程中( )图 3A运动员克服重力做功WGmghB运动员的机械能增加了mv21 2C运动员的机械能增加了mv2mgh1 2D运动员对自身做功Wmv2mgh1 2答案 ACD解析 运动员在此过程中重力势能增加mgh，动能增加mv2，机械能增加mv2mgh，A、C1 21 2正确，B 错误运动员通过蹬地对自身做功，做功的量为其机械能的增量，D 正确14【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用7(多选)如图 4 所示，木块静止在光滑水

10、平桌面上，一子弹(可视为质点)水平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为s，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中正确的是( )图 4A木块的机械能增量为fsB子弹的机械能减少量为f(sd)C系统的机械能减少量为fdD系统的机械能减少量为f(sd)答案 ABC解析 木块机械能的增量等于子弹对木块的作用力f 做的功fs，A 对；子弹机械能的减少量等于动能的减少量，即子弹克服阻力做的功f(sd)，B 对；系统增加的机械能等于力f做的总功，即 Efsf(sd)fd，故机械能减少量为fd，C 对，D 错【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应

11、用8(多选)如图 5 所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是( )图 5A小球的机械能守恒B物块与小球组成的系统机械能守恒C若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量D若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量答案 CD解析 由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，A 错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，B 错误；若小球匀速下降，根据能量守15恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为物块M与桌

12、面间摩擦产生的热量，C 正确；若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分转化为摩擦产生的热量，另一部分转化为M的动能，因此 D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用9(多选)如图 6 所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P拴接，另一端与物体A相连，物体A静止于光滑水平桌面上，右端接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连开始时用手托住B，让细线恰好伸直，然后由静止释放B，直至B获得最大速度下列有关该过程的分析正确的是( )图 6AB物体的机械能一直减小BB物体的动能增加量等于B物体重力势能的减少量CB物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量D细线拉力对A做的功等于A物体与弹

13、簧所组成的系统机械能的增加量答案 AD解析 从开始到B速度达到最大的过程中，细线的拉力对B一直做负功，所以B的机械能一直减小，故 A 正确；对于B物体，只有重力与细线拉力做功，根据动能定理可知，B物体动能的增加量等于它所受重力与拉力做功之和，不等于它的重力势能的减少量，故 B 错误；整个系统中，根据功能关系可知，B减少的机械能转化为A的机械能以及弹簧的弹性势能，故B物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，故 C 错误；系统机械能的增加量等于系统除重力和弹簧弹力之外的力所做的功，A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等于细线拉力对A做的功，故 D 正确【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功

14、能关系及应用10.(多选)质量为m1、m2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v1和v2，位移分别为s1和s2，如图7 所示，则这段时间内此人所做的功的大小等于( )图 7AFs2BF(s1s2)16C.m2v22 (mm1)v12D.m2v221 21 21 2答案 BC解析 根据能量守恒可知，人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能，所以人做的功的大小等于F(s1s2)m2v22 (mm1)v12，故 B、C 正确1 21 2【考点】各种功能关系及应用【题点】各种功能关系及应用二、非选择题11

15、(能量守恒定律)如图 8 所示，质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧冲上质量为m1、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，重力加速度为g，此时木板对地位移为s，求这一过程中：图 8(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；(4)系统产生的热量答案 (1)mgs (2)mg(sl) (3)mgl(4)mgl解析 (1)对木板B根据动能定理得mgsm1v201 2所以木板增加的动能 EkBmgs.(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据能量关系可知EkAmv2mv02mg(sl)1 21 2即小铁块的动能

16、减少了mg(sl)(3)系统机械能的减少量为E减EkAEkBmgl.(4)根据能量守恒定律，系统减少的机械能全部转化为内能，则QE减mgl.【考点】板块模型的处理【题点】板块模型的处理12(能量守恒定律)如图 9 所示，绷紧的皮带与水平面的夹角30，皮带在电动机的17带动下，始终保持v02 m/s 的速率运行，现把一质量为m10 kg 的工件(可看成质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间 1.9 s，工件被传送到h1.5 m 的高处，取g10 m/s2，求：图 9(1)工件与皮带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能答案 (1) (2)230 J32解析 (1)由题图可知，皮带从底端

17、到顶端的长度s3 m.h sin 工件速度达到v0前，做匀加速运动的位移s1t1t1，vv0 2匀速运动的位移为ss1v0(tt1)，解得加速运动的时间t10.8 s.加速运动的位移s10.8 m，所以加速度a2.5 m/s2，v0 t1由牛顿第二定律有：mgcos mgsin ma，解得：.32(2)从能量守恒的观点看，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服皮带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量在时间t1内，皮带运动的位移s皮v0t11.6 m，在时间t1内，工件相对皮带的位移s相s皮s10.8 m，在时间t1内，摩擦生热Qmgcos s相60 J，工件获得的动能Ekmv0220 J，1 2工件增加的重力势能Epmgh150 J，18电动机多消耗的电能WQEkEp230 J.【考点】传送带问题的处理【题点】传送带问题的处理