(共50张PPT)
第10节 能量守恒定律与能源
填一填、做一做、记一记
课前自主导学
转化
转移
保持不变
永动机
转移
转化
能量守恒定律
内能
光能
内能
未减少
降低
不便于利用
能量耗散
守恒
√
√
√
×
×
×
析要点、研典例、重应用
课堂互动探究
功 能的变化 表达式
重力做功 正功 重力势能减少 重力势能变化 WG＝
Ep1－Ep2
负功 重力势能增加
弹力做功 正功 弹性势能减少 弹性势能变化 W弹＝
Ep1－Ep2
负功 弹性势能增加
合力做功 正功 动能增加 动能变化 W合＝
Ek2－Ek1
负功 动能减少
除重力(或系统内弹力)外其他力做功 正功 机械能增加 机械能变化 W外＝
E2－E1
负功 机械能减少
MP
第10节 能量守恒定律与能源
课时分层训练
「基础达标练」
1．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；做功的多少只是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C错误；功是能量转化的量度，选项D正确．
2．下列哪些现象属于能量的耗散( )
A．利用水流能发电产生电能
B．电能在灯泡中变成光能
C．电池的化学能变成电能
D．火炉把屋子烤暖
解析：选D 能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后，不能再被收集起来重新利用，故选项D正确．
3．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，但照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：选C 永动机违背了能量守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，选项A错误；太阳辐射大量的能量，但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，包括人的运动，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．
4.下列关于力做功与对应能量变化的说法正确的是( )
A．合力做正功，机械能增加
B．合力做正功，物体的动能一定增加
C．摩擦力做功，物体的机械能一定减少
D．合力做负功，重力势能一定减少
解析：选B 除重力外其余力做的功等于物体机械能的变化量，除重力外其余力做正功，物体的机械能增加，故A、C错误；由动能定理，可知合力做功是动能变化的量度，合力做正功，物体的动能一定增加，重力势能的变化是看重力是否做功，故B正确，D错误．
5．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
解析：选AD 这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确；四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确．
6．(多选)在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍．空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动．这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机．而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电．阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是( )
A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B．变频空调运行中做功少，转化能量多
C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
解析：选CD 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错误，D正确；由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确．
7．质量为M的物体其初动能为100 J，从倾角为θ的足够长的斜面上的A点向上匀减速滑行，到达斜面上的B点时物体动能减少了80 J，机械能减少了32 J，若μ＜tan θ，则当物体回到A点时具有的动能为( )
A．60 J B．20 J
C．50 J D．40 J
解析：选B 机械能的减少量即为物体克服摩擦力所做的功，当物体上滑到最高点时动能减少了100 J，按比例计算，机械能减少了×32 J＝40 J，因物体沿斜面上滑和下滑过程中克服摩擦力做的功相等，由能量守恒定律可知物体回到A点时，具有的动能为100 J－2×40 J＝20 J．故选项B正确．
8．如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切，半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能到达最高点C，C、O、B三点在同一竖直线上(不计空气阻力)．试求：
(1)物体到达B点时的速度大小；
(2)物体在A点时弹簧的弹性势能；
(3)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能．
解析：(1)设物体在B点的速度为vB，所受的轨道的支持力为FN，物体在B点受到重力和支持力，由牛顿第二定律有：FN－mg＝m，根据题意得FN＝8mg
联立解得vB＝.
(2)由能量守恒定律可知：物体在A点时弹簧的弹性势能Ep＝mv＝mgR.
(3)设物体在C点的速度为vC，由题意可得：mg＝m
物体由B点运动到C点的过程中，由能量守恒定律知产生的内能Q＝mv－
解得Q＝mgR.
答案：(1) (2)mgR (3)mgR
「能力提升练」
9．如图所示，质量为M、长度为L的木板静止在光滑的水平面上，质量为m的小物块(可视为质点)放在木板上最左端，现用一水平恒力F作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动．已知物块和木板之间的摩擦力为Ff.当物块滑到木板的最右端时，木板运动的距离为x.则在此过程中( )
A．物块到达木板最右端时具有的动能为(F－Ff)L
B．物块到达木板最右端时，木板具有的动能为FfL
C．物块和木板增加的内能为FfL
D．物块和木板增加的机械能为Fx
解析：选C 物块m在运动过程中受到两个力F和Ff作用，而物块相对于地面的位移为L＋x，由动能定理得出A项错误；而对木板M在水平方向上受到的力只有Ff，且木板在Ff的作用下位移为x，由动能定理得出B项错误；系统增加的内能等于滑动摩擦力乘以相对位移，C项正确；而物块m和木块M增加的机械能为(F－Ff)(L＋x)＋Ffx，D项错误．
10．(多选)如图所示，倾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平．用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面)，在此过程中( )
A．物块的机械能逐渐增加
B．软绳重力势能共减少了mgl
C．物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功
D．软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和
解析：选BD 物块克服绳的拉力做功，其机械能减少，故A错误；软绳重力势能减少量ΔE＝mg·－mg·sin θ＝mgl，故B正确；由功能关系知，细线拉力对软绳所做的功和软绳重力势能的减少之和等于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和，故C错误，D正确．
11．如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m.在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )
A.mgh B．mgh
C.mgh D．mgh
解析：选A 去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能．如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A选项正确．
12．如图所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中( )
A．重力做功2mgR
B．机械能减少mgR
C．合外力做功mgR
D．克服摩擦力做功mgR
解析：选D 一个小球在A点正上方由静止释放，通过B点时恰好对轨道没有压力，此时小球的重力提供向心力，即mg＝，得v2＝gR，小球从P到B的过程中，重力做功W＝mgR，A错误；减小的机械能ΔE＝mgR－mv2＝mgR，B错误；合外力做功W合＝mv2＝mgR，C错误；由动能定理得：mgR－Wf＝mv2－0，所以Wf＝mgR，D正确．
13．风力发电是一种环保的电能获取方式．图为某风力发电机外观图，现设计的每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约为10 m/s.求风力发电机的叶片长度约为多少时才能满足设计要求？
解析：设叶片长度为r，则叶片转动的面积S＝πr2.
取时间t内作用到面积为S的叶片上的空气流为研究对象，如图所示．
这部分空气流的质量m＝ρV＝ρ·Svt，
空气流的动能Ek＝mv2，
电功率P＝＝ρπr2v3，
得r＝≈9.94 m.
答案：9.94 m
14．如图所示，在光滑水平地面上放置质量M＝2 kg的长木板，木板上表面与固定的光滑弧面相切．一质量m＝1 kg的小滑块自弧面上高h处由静止自由滑下，在木板上滑行t＝1 s后，滑块和木块以共同速度v＝1 m/s匀速运动，g取10 m/s2.求：
(1)滑块与木块间的摩擦力大小Ff；
(2)滑块下滑的高度h；
(3)滑块与木板相对滑动过程中产生的热量Q.
解析：(1)对木板：Ff＝Ma1
由运动学公式，有v＝a1t
解得Ff＝2 N.
(2)对滑块：－Ff＝ma2
设滑块滑上木板时的速度是v0
则v－v0＝a2t，得v0＝3 m/s
由机械能守恒定律有mgh＝mv
h＝＝ m＝0.45 m.
(3)根据功能关系有：Q＝mv－(M＋m)v2＝×1×32 J－×(1＋2)×12 J＝3 J.
答案：(1)2 N (2)0.45 m (3)3 J
PAGE
1
