第1节 能量的多种形式 讲义

第6章 能源与可持续发展
第1节　能量的多种形式
[学习目标]
1.了解不同形式的能，水能、风能、核能、太阳能等。
2.了解可再生能源和不可再生能源、一次能源和二次能源的分类。
3.了解生活中的能量哪些来自可再生能源，哪些来自不可再生能源，从而增强节约能源的意识。
[基础梳理]
一、多种形式的能量
1.能量以各种各样的形式存在，如机械能、内能、电能、光能、化学能和核能等。
2.机械能包括动能、重力势能和弹性势能等。电能是指电以各种形式做功的能力。光能是光具有的能量。化学能是储存在食物或燃料等物质中的能量。核能是由于物质的原子核结构发生变化而释放的能量。
二、可再生能源和不可再生能源
1.能源可分为一次能源和二次能源。
2.一次能源是指直接取自然界，未经加工转化的能源，如煤油、石油、天然气等。
3.二次能源是指由一次能源加工转化而成的能源产品，如电、煤气、蒸汽及各种石油制品。
4.一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能)和非再生能源(煤炭、石油、天然气、核能等)。
[能力拓展]
一、多种形式的能量
能量是物质的一种存在形态；它的表现形式是多种多样的。能量是对物质运动的描述，也是对物质运动的一种量度。对应物质的各种运动形式，也有各种形式的能量，如机械能、电能、化学能、内能、原子能等等。它往往被视为某一物理系统对其他物理系统做功的能力。
可再生能源和不可再生能源
能源亦称能量资源或能源资源。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等。
1.一次能源即天然能源，能源分类指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。
2.二次能源是指一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。
能源是能够提供能量的资源。其中煤炭、石油和天然气三种能源是一次能源的核心。除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内。
[随堂演练]
1．机械座钟发条断裂后，其钟摆摆角会越来越小，这说明（ ）.
A．能量正在消失 B．动能正转化为势能
C．势能正转化为动能 D．总能量守恒，减少的机械能转化为了内能
2．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．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
C．能量的转化和转移没有方向性
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量
3．下面实例中属于内能转化为机械能的是（　　）
A．点燃的爆竹腾空而起
B．两冰块相互摩擦，使一部分熔化
C．人造地球卫星从高空掉入大气层内被烧毁
D．电动机通电工作
4．如图所示为单库双向潮汐电站的示意图，在海湾建一双拦水坝，使海湾与大海隔开构成水库，其中、、、为水闸.利用潮汐造成的坝内、外水位差，引导高水位的海水通过水轮发电机，使发电机发电.涨、落潮时要得到如图所示的海水流向，则应该（　　）
A．涨潮时、打开，、关闭；退潮时、关闭，、打开
B．涨潮时、打开，、关闭；退潮时、关闭，、打开
C．涨潮时、打开，、关闭；退潮时、关闭，、打开
D．涨潮时、打开，、关闭；退潮时、关闭，、打开
5．如图所示，质量为m的物体A与倾角为θ的斜面间的动摩擦因数为μ。用力F拉着物体A从斜面底端匀速运动到斜面顶端。要使力F做功最少，则力F与斜面间的夹角应是（　　）
A．0
B．
C．
D．
6．如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到B，则在运动过程中（　　）
A．动能减少，势能增加 B．动能不变，势能增加
C．动能减少，势能不变 D．动能不变，势能减少
7．某课外兴趣小组为了测量木块与木板间的动摩擦因数，设计了如图所示的实验装置并进行了如下实验。将一轻质弹簧的一端固定在木板上，木板竖直放置，如图甲所示，弹簧自然伸长时弹簧的另一端位于A点。将木块紧靠弹簧推至B点后由静止释放，木块脱离弹簧后上升的最高点为C（图中未画出）。将木板改为水平放置，如图乙所示。仍用该木块紧靠弹簧推至同一点B后由静止释放，木块脱离弹簧后滑行一段距离停于D点（图中未画出）。
(1)为测得木块与木板间动摩擦因数，实验过程中应测量下列哪些物理量_____
A．木块质量m
B．木板竖直放置时A点到C点的距离H1
C．木板竖直放置时B点到C点的距离H2
D．木板水平放置时A点到D点的距离L1
E．木板水平放置时B点到D点的距离L2
(2)木块与木板间动摩擦因数___________（用（1）问中测量的物理量对应的字母表示）。
8．一质量为2kg的物体沿倾角为300的斜面从底端以初速度3m/s沿斜面向上滑去，滑至最高点后又返回，返回到底端时速度是1m/s，取重力加速度g=10m/s2，则物体上滑的最大高度为________m；物体与斜面间的摩擦因数μ为________，上升过程产生的内能为________J；返回低端瞬间的热功率为________W．
试卷第1页，总3页
参考答案
1．D
【详解】
机械座钟的发条断了，没有了发条的弹性势能对钟摆机械能的补充，其摆钟的摆角越来越小，是因为钟摆受到空气的阻力，机械能转化为内能，其机械能越来越小。在能量转化的过程中，总能量保持不变。
A. 能量正在消失与分析不符，故A错误。
B. 动能正转化为势能与分析不符，故B错误。
C. 势能正转化为动能与分析不符，故C错误。
D. 总能量守恒，减少的机械能转化为了内能与分析相符，故D正确。
2．D
【详解】
A．自然界的能量守恒，但能直接应用的能源使用后品质降低，不能直接应用，所以可利用能源越来越少，故A错误；
B．人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；
C．根据热力学第二定律，能量的转化和转移具有方向性，比如一杯热水过段时间，热量跑走啦，水冷了，所以转化具有方向性，故C错误；
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量，故D正确；
故选D。
3．A
【详解】
A．点燃的爆竹腾空而起属于内能转化为机械能。A正确；
B．两冰块相互摩擦，使一部分熔化属于动能转化为内能。B错误；
C．人造地球卫星从高空掉入大气层内被烧毁属于机械能转化为内能。C错误；
D．电动机通电工作属于电能转化为机械能和内能。D错误。
故选A。
4．B
【详解】
涨潮时，海洋水位高，水库水位低，为了得到题图所示的海水流向，、打开，、关闭；退潮时，海洋水位低，水库水位高，为了得到如图所示的海水流向，、关闭，、打开，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．C
【详解】
对该题若先列出力F做功的表达式，然后讨论出现极值的条件，比较难和麻烦，如果从能的转化与守恒这一角度考虑，则拉力做功为
，
要使拉力做功最小，应使热量最小为零，即物体与斜面间的摩擦力
因此物体只受重力与拉力的作用做匀速运动，此时
与斜面间的夹角为
故选C。
6．B
【详解】
小车沿斜面从A点运动到B点，位置升高，势能增加；小车沿斜面匀速运动，速度大小不变，故小车的动能不变，故B正确，ACD错误。
故选B。
7．CE
【详解】
(1)[1]木板竖直放置时，根据能量守恒可得：
木板改为水平放置，根据能量守恒可得：
联立可得木块与木板间动摩擦因数：
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析不符，故D错误；
E．与分析相符，故E正确。
(2)[2]通过(1)分析可得木块与木板间动摩擦因数：
8．0.25 4 8
【详解】
上升高度h与斜面距离s满足：s= =2h①
由动能定理，
上升过程mgh+f×s= ②
下滑过程mgh f×s= ③
由①②③联立可知h=0.25m；
摩擦力f=μmgcos30 ，
由此可求得动摩擦因数为μ=；
整个过程产生的内能Q=-=8J，所以上升过程产生的内能为4J；
返回低端瞬间的热功率为P=fv2=8w.