(共35张PPT)
第七章 机械能守恒定律
第10节 能量守恒定律与能源
1 细梳理、基础巩固
2 提升练、课时跟踪
1 细梳理、基础巩固
不可能
相互联系
转化
转化
转移
转化
转移
保持不变
普遍
重要
可靠
煤炭
石油
石油
内能
光能
内能
虽未减少
降低
不便于利用
能量耗散
守恒
过程量
状态量
做功
做功
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第10节 能量守恒定律与能源
2 提升练、课时跟踪
一、选择题
1．(多选)下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成
D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
解析：选ABC 根据能量守恒定律可知，能量既不会消灭，也不会创造．能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，A、B正确，D错误；永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C正确．
2．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度．他的办法是：关好房间的门窗，然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递．则开机后，室内的温度将( )
A．升高
B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高
D．开机时升高，停机时降低
解析：选A 电冰箱的压缩机运行时，一部分电能转化为内能，室内的温度将升高，故A对．
3．在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空．若减小风力，体验者在加速下落过程中( )
A．失重且机械能增加
B．失重且机械能减少
C．超重且机械能增加
D．超重且机械能减少
解析：选B 据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项B正确．
4．一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点，在此过程中，绳的重心位置( )
A．逐渐升高
B．逐渐降低
C．先降低后升高
D．始终不变
解析：选A 外力对绳索做正功，绳索的机械能增加，由于绳索的动能不变，增加的必然是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果，故A正确．
5．如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图．图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦．在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中( )
A．缓冲器的机械能守恒
B．摩擦力做功消耗机械能
C．垫板的动能全部转化为内能
D．弹簧的弹性势能全部转化为动能
解析：选B 在弹簧压缩过程中，摩擦力做功，缓冲器的机械能不守恒，故A项错误，B项正确；根据能量守恒可知，垫板的动能转化为弹簧的弹性势能以及克服摩擦力做功产生的内能，故C、D两项错误．
6．如图所示是某类潮汐发电示意图．涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)．设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ海水＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)( )
A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW
C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW
解析：选B 放水发电时，海水的重力势能减少，其中10%转化为电能．一天内提供的重力势能为Ep＝2mgh＝2ρVgh＝2×1.0×103×5.0×108×3.0×10×1.5 J＝4.5×1013 J，则一天内发电的平均功率为P＝≈5.2×104 kW.故选项B正确．
7．(多选)如图所示，高h＝2 m的曲面固定不动．一个质量为1 kg的物体，由静止开始从曲面的顶点滑下，滑到底端时的速度大小为4 m/s.g取10 m/s2.在此过程中，下列说法正确的是( )
A．物体克服摩擦力做功20 J
B．物体的动能增加了8 J
C．物体的重力势能减少了20 J
D．曲面对物体的支持力对物体不做功
解析：选BCD 根据动能定理得mgh＋Wf＝mv2＝×1×42 J＝8 J，B对；其中重力做功WG＝mgh＝1×10×2 J＝20 J，故重力势能减少20 J，C对；所以摩擦力做功Wf＝8 J－20 J＝－12 J，A错；支持力始终与物体的速度垂直，故支持力不做功，D对．
8．(多选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术．跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)( )
A．他的动能减少了(F－mg)h
B．他的重力势能减少了mgh－mv2
C．他的机械能减少了Fh
D．他的机械能减少了mgh
解析：选AC 在进入水中的过程中，由动能定理，mgh－Fh＝Ek′－Ek，所以动能的减少量为Ek－Ek′＝(F－mg)h，故A正确；重力势能的减少量等于重力所做的功，即mgh，故B错误；克服阻力所做的功等于机械能的减少量，即等于Fh，故C正确，D错误．
9．足够长的传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小物体A由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为( )
A．mv2 B．2mv2
C.mv2 D．mv2
解析：选D 物体A被放于传送带上即做匀加速直线运动，加速度a＝＝μg，匀加速过程前进的距离x1＝＝.该时间内传送带前进的距离x2＝vt＝v·＝.所以物体相对传送带滑动距离Δx＝x2－x1＝.故产生的内能Q＝μmg·Δx＝μmg·＝mv2，D正确．
10．(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0水平射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动．已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为s.若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则在此过程中产生的热量( )
A．Q＝Ff(L＋s)
B．Q＝mv02－mv2
C．Q＝Ffs
D．Q＝mv02－(M＋m)v2
解析：选CD 对木块FfL＝Mv2，对子弹－Ff(L＋s)＝mv2－mv02，联立可得，Ffs＝mv02－(M＋m)v2，依据能量转化和守恒定律，Q＝mv02－(M＋m)v2，产生的热量Q＝Ffs，故C、D正确．
二、非选择题
11.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)，如图所示的那样，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 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h＝at2得a＝＝1 m/s2，
由v＝at＝1×1 m/s＝1 m/s，
由能量守恒mgh＝mv2＋Q热，
Q热＝0.5×10×0.5 J－×0.5×12 J＝2.25 J.
答案：2.25 J
12．如图所示，其中传送带速度v＝2 m/s，木块质量m＝10 kg，h＝2 m，木块与传送带间的动摩擦因数μ＝，θ＝30°，g取10 m/s2.
(1)求小木块从A端由静止运动到B端，传送带对其做的功是多少？
(2)摩擦产生的热为多少？
(3)因传送小木块电动机多输出的能量．
解析：(1)设小木块运动L后与皮带同速，因为a＝＝μgcos θ－gsin θ＝2.5 m/s2，
所以L＝＝ m＝0.8 m故小木块在传送带上先加速后匀速，而在匀速过程中仍受静摩擦力作用．由功能关系知从A端到B端传送带对小木块做的功就等于小木块增加的机械能．
W＝mv2＋mgh＝220 J.
(2)木块滑动的时间t＝＝ s＝0.8 s，
木块与传送带的相对位移Δl＝0.8 m，
故摩擦生热Q＝μmgΔlcos θ＝×100×0.8× J＝60 J.
(3)电机因传送小木块多输出的能量转化为小木块的动能、势能和木块与带间因摩擦产生的热量．
所以：E总＝mv2＋mgh＋Q＝280 J.
答案：(1)220 J (2)60 J (3)280 J
13．为了测量太阳的辐射功率，某人采取如下简单实验．取一个横截面积是3×10－2 m2的不高的圆筒，筒内装水0.6 kg，用来测量射到地面的太阳能．某一天中午在太阳光直射2 min后，水的温度升高了1 ℃，假设太阳照射在水表面的能量全部被水吸收．(太阳到地球的距离为1.5×1011 m，c＝4.2×103 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？
解析：(1)圆筒内的水经过2 min照射后，增加的内能为：ΔU＝Q＝cmΔt，其中c＝4.2×103 J/(kg·℃)，所以ΔU＝4.2×103×0.6×1 J＝2.52×103 J.
每分钟获得的能量为2.52×103÷2 J＝1.26×103 J.
圆筒面积S＝3×10－2 m2＝3×102 cm2.
地球表面每分钟每平方厘米获得的能量为1.26×103÷(3×102)J＝4.2 J.
(2)以太阳为球心，以日地距离r为半径作一个球面，根据上述推论可得，在此球面的每平方厘米面积上每秒接收到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为4.2÷43%÷60 J＝0.163 J.
太阳是向四面八方均匀辐射的，上述球面每秒接收到的太阳能即为太阳的辐射功率P.上述球面的面积为4πr2，其中r＝1.5×1011 m，所以辐射功率为P＝4πr2×0.163 W＝4π×(1.5×1011×102)2×0.163 W＝4.6×1026 W.
答案：(1)4.2 J (2)4.6×1026 W
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