2017-2018學(xué)年同步備課套餐之高一物理人教浙江專(zhuān)版必修2講義：第七章 10

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精10能量守恒定律與能源學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確立的兩類(lèi)重要事實(shí)．2．理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決實(shí)際問(wèn)題．3．了解能量耗散，知道能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題，增強(qiáng)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。考試要求必考加試cd一、能量守恒定律1．建立能量守恒定律的兩個(gè)重要事實(shí)（1）確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能（填“可能"或“不可能”）性．（2）發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化．2．內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變．3．意義：能量守恒定律的建立，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍．它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式．4．列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)．二、能源和能量耗散1．能源與人類(lèi)社會(huì)：人類(lèi)對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期．自工業(yè)革命以來(lái)，煤和石油成為人類(lèi)的主要能源．2．能量耗散:燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去,就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來(lái)供人類(lèi)重新利用．3．能源危機(jī)的含義：在能源的利用過(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了．4．能量轉(zhuǎn)化的方向性:能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性，所以自然界的能量雖然守恒,但還是很有必要節(jié)約能源．［即學(xué)即用］1．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1）機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的一種特殊形式．(√)（2）能量耗散表明能量在逐漸消失．（×）（3）在利用能源的過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少．（√）(4)世上總能量不變，所以我們不需要節(jié)約能源．（×)（5)人類(lèi)不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能源，所以能量可以被創(chuàng)造．(×)2．質(zhì)量為0。4kg的皮球，從離地面高0。5m處自由落下，與地面碰撞后以2m/s的速度反彈，不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2，碰撞時(shí)損失的機(jī)械能為_(kāi)_______，損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能．答案1.2J內(nèi)一、能量守恒定律的理解[導(dǎo)學(xué)探究](1）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),重物減少的重力勢(shì)能的值總大于增加的動(dòng)能的值，即機(jī)械能的總量在減少．機(jī)械能減少的原因是什么?減少的部分機(jī)械能是消失了嗎？(2)請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的？①植物進(jìn)行光合作用．②放在火爐旁的冰融化變熱．③電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光．答案（1)機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能．不是．（2)①光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能②內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰③電能轉(zhuǎn)化為光能［知識(shí)深化］1．適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．2．能量守恒定律的理解某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等．例1下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是()A．某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加B．某個(gè)物體的能量減少,必然有其他物體的能量增加C．不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)械——永動(dòng)機(jī)不可能制成D．石子從空中落下,最后靜止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了答案D解析根據(jù)能量守恒定律可知，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失．能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，A、B對(duì)，D錯(cuò)．永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，故它不可能制造出來(lái)，C對(duì)．二、能量守恒定律的應(yīng)用1．能量守恒定律的表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末．(2）從能的轉(zhuǎn)化角度看，ΔE增＝ΔE減．（3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，ΔEA增＝ΔEB減．2．能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟：(1)明確研究對(duì)象和研究過(guò)程．（2）找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量,明確哪些能量增加，哪些能量減少．(3）列出增加量和減少量之間的守恒式．例2如圖1所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上,物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求:（g取10m/s2)圖1(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；(2）這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；（3)這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E。答案（1）4.5J(2）4.5J（3）9J解析（1）設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時(shí)，物體相對(duì)地面的位移為s′.μmgs′＝eq\f（1,2)mv2，解得s′＝3m〈4。5m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度,此時(shí)Ek＝eq\f（1,2）mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2,由v＝at得t＝2s，則Q＝μmg（vt－s′)＝0。15×1×10×(6－3）J＝4。5J.(3）由能量守恒知E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4。5J＝9J.三、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用1．功和能的關(guān)系可以從以下兩個(gè)方面來(lái)理解（1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)，即做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程;（2)做了多少功就有多少能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，即能量轉(zhuǎn)化的多少可用做功的多少來(lái)度量．2．常用的幾種功能關(guān)系功能的變化表達(dá)式重力做功正功重力勢(shì)能減少重力勢(shì)能變化WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2負(fù)功重力勢(shì)能增加彈力做功正功彈性勢(shì)能減少?gòu)椥詣?shì)能變化W彈＝－ΔEp＝Ep1－Ep2負(fù)功彈性勢(shì)能增加合力做功正功動(dòng)能增加動(dòng)能變化W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1負(fù)功動(dòng)能減少除重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力）外其他力做功正功機(jī)械能增加機(jī)械能變化W其他＝ΔE＝E2－E1負(fù)功機(jī)械能減少兩物體間滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)做功內(nèi)能變化Ffx相對(duì)＝Q例3如圖2所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開(kāi)始自由下落，小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力．已知AP＝2R，重力加速度為g,則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（)圖2A．重力做功2mgRB．機(jī)械能減少mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功eq\f(1,2)mgR答案D解析重力做功與路徑無(wú)關(guān)，所以WG＝mgR,選項(xiàng)A錯(cuò)；小球在B點(diǎn)時(shí)所受重力提供向心力，即mg＝meq\f(v2，R),所以v＝eq\r(gR),從P點(diǎn)到B點(diǎn)，由動(dòng)能定理知：W合＝eq\f(1，2)mv2＝eq\f（1,2）mgR，故選項(xiàng)C錯(cuò);根據(jù)能量守恒知：機(jī)械能的減少量為｜ΔE|＝｜ΔEp|－|ΔEk｜＝eq\f(1，2）mgR，故選項(xiàng)B錯(cuò)；克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量，故選項(xiàng)D對(duì)．1．(能源的利用）關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,下列說(shuō)法中正確的是（）A．能源應(yīng)用的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程B．化石能源的能量歸根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能，因此化石能源永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭C．在廣大的農(nóng)村推廣沼氣前景廣闊、意義重大,既變廢為寶，減少污染，又大量節(jié)約能源D．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭資源將取之不盡、用之不竭答案C解析能源應(yīng)用過(guò)程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程，各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類(lèi)服務(wù)，A錯(cuò)誤；化石能源的能量雖然來(lái)自太陽(yáng)能，但要經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成，且儲(chǔ)量有限，為不可再生能源，B錯(cuò)誤；在廣大農(nóng)村推廣沼氣對(duì)改善農(nóng)村環(huán)境、節(jié)約能源意義重大，功在當(dāng)代,利在千秋，C正確;無(wú)論技術(shù)先進(jìn)與否，煤炭資源不可能取之不盡、用之不竭，D錯(cuò)誤．故選C。2．(功能關(guān)系）在高臺(tái)跳水比賽中,質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力(包含浮力）而豎直向下做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)她的阻力大小恒為F,則在她減速下降深度為h的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是（g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?）A．她的動(dòng)能減少了FhB．她的重力勢(shì)能減少了mghC．她的機(jī)械能減少了(F－mg）hD．她的機(jī)械能減少了mgh答案B3．（功能關(guān)系)如圖3所示，質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊,并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng)．已知當(dāng)子彈相對(duì)木塊靜止時(shí),木塊前進(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d,若木塊對(duì)子彈的阻力Ff視為恒定，則下列關(guān)系式中錯(cuò)誤的是()圖3A．Ffl＝eq\f（1，2）Mv2B．Ffd＝eq\f（1,2)Mv2C．Ffd＝eq\f（1,2）mveq\o\al（2，0）－eq\f(1，2)（M＋m)v2D．Ff（l＋d)＝eq\f(1，2)mveq\o\al(2，0)－eq\f（1,2）mv2答案B解析畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，從圖中不難看出，當(dāng)木塊前進(jìn)距離為l，子彈進(jìn)入木塊的深度為d時(shí)，子彈相對(duì)于地面發(fā)生的位移為l＋d。由牛頓第三定律知，子彈對(duì)木塊的作用力大小也為Ff.子彈對(duì)木塊的作用力對(duì)木塊做正功，由動(dòng)能定理得Ff·l＝eq\f（1,2）Mv2 ①木塊對(duì)子彈的作用力對(duì)子彈做負(fù)功，由動(dòng)能定理得－Ff·(l＋d)＝eq\f（1,2)mv2－eq\f（1,2)mveq\o\al（2,0) ②由①②得Ff·d＝eq\f(1,2）mveq\o\al(2，0）－eq\f（1,2）(M＋m）v2故選B.4．(能量守恒定律的應(yīng)用）如圖4所示，質(zhì)量為m的物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，物塊壓縮彈簧至A點(diǎn)由靜止釋放,到B點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力為5mg，已知A、B間的水平距離為L(zhǎng)，圓弧軌道半徑為R，求釋放物塊時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能．圖4答案μmgL＋2mgR解析在B點(diǎn)，由牛頓第二定律,FN－mg＝meq\f(v2,R） ①其中FN＝5mg ②從A至B的過(guò)程中,由能量守恒定律:Ep＝μmgL＋eq\f（1,2)mv2 ③由①②③得：Ep＝μmgL＋2mgR.課時(shí)作業(yè)一、單選題1．下列說(shuō)法正確的是（)A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的B．太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律,因而是不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表,不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量是可以憑空產(chǎn)生的答案C2．利用能源的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是(）A．能量的消失過(guò)程B．能量的創(chuàng)造過(guò)程C．能量不守恒的過(guò)程D．能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移并且耗散的過(guò)程答案D解析利用能源的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程，在能源的利用過(guò)程中能量是耗散的，A、B、C錯(cuò)誤，D正確．3．關(guān)于能量耗散，下列說(shuō)法中正確的是（)A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量減少了B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C．能量耗散表明在能源的利用過(guò)程中,能量在數(shù)量上越來(lái)越少D．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性答案D解析能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故選D.4．能源在“兩型”社會(huì)的建設(shè)中有著重要的意義，節(jié)約用電應(yīng)成為現(xiàn)代公民的行為準(zhǔn)則．下列用電方式中屬于科學(xué)、合理地節(jié)約用電的是(）A．家電盡量長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)B．用節(jié)能燈替換白熾燈C．樓道、走廊照明燈盡量不采用聲、光控制D．不要清除冰箱內(nèi)的冰、霜答案B解析待機(jī)浪費(fèi)電，家電盡量不要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)，才屬于科學(xué)、合理地節(jié)約用電,故A錯(cuò)誤；用節(jié)能燈替換白熾燈,可節(jié)約用電，故B正確；樓道、走廊照明燈采用聲、光控制，才屬于科學(xué)、合理地節(jié)約用電，故C錯(cuò)誤;清除冰箱內(nèi)的冰、霜，能夠提高冰箱的工作效率，才屬于科學(xué)、合理地節(jié)約用電，故D錯(cuò)誤．5．如圖1所示，小余同學(xué)開(kāi)始時(shí)站在秋千的踏板上,通過(guò)自己的努力將秋千越蕩越高,對(duì)此過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()圖1A．機(jī)械能減少B．機(jī)械能增加C．機(jī)械能保持不變D．風(fēng)能轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能答案B6。如圖2所示，輕質(zhì)彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng)，豎直固定在地面上，質(zhì)量為m的小球，在離地面高度為H處，由靜止開(kāi)始下落，正好落在彈簧上，使彈簧的最大壓縮量為x，在下落過(guò)程中，小球受到的空氣阻力為F阻，則彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能為（)圖2A．（mg－F阻）(H－L＋x)B．mg（H－L＋x）－F阻(H－L）C．mgH－F阻（H－L）D．mg(L－x）＋F阻（H－L＋x）答案A解析設(shè)小球克服彈力做功為W彈，則對(duì)小球應(yīng)用動(dòng)能定理得（mg－F阻)（H－L＋x)－W彈＝ΔEk＝0，所以，W彈＝（mg－F阻）（H－L＋x），即為彈簧在最短時(shí)具有的彈性勢(shì)能．7.如圖3所示為低空跳傘表演，假設(shè)質(zhì)量為m的跳傘運(yùn)動(dòng)員,由靜止開(kāi)始下落，在打開(kāi)傘之前受恒定阻力作用,下落的加速度為eq\f（4,5)g，在運(yùn)動(dòng)員下落h的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）圖3A．運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能減少了eq\f（4,5）mghB．運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能增加了eq\f（4,5）mghC．運(yùn)動(dòng)員克服阻力所做的功為eq\f（4,5)mghD．運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減少了eq\f(4，5）mgh答案B解析在運(yùn)動(dòng)員下落h的過(guò)程中，重力勢(shì)能減少了mgh，故A錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律得，運(yùn)動(dòng)員所受的合力為F合＝ma＝eq\f（4,5）mg，則根據(jù)動(dòng)能定理得，合力做功為eq\f(4,5）mgh，則動(dòng)能增加了eq\f(4,5)mgh，故B正確；合力做功等于重力做功與阻力做功的代數(shù)和，因?yàn)橹亓ψ龉閙gh，則克服阻力做功eq\f(1，5)mgh，故C錯(cuò)誤;重力勢(shì)能減少了mgh,動(dòng)能增加了eq\f(4,5）mgh，故機(jī)械能減少了eq\f(1，5）mgh，故D錯(cuò)誤．8．兩塊完全相同的木塊A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上,兩顆同樣的子彈以相同的水平速度射入兩木塊,穿透后子彈的速度分別為vA、vB，在子彈穿透木塊過(guò)程中因克服摩擦力產(chǎn)生的熱量分別為QA、QB,設(shè)木塊對(duì)子彈的摩擦力大小一定，則（)A．vA〉vB，QA>QBB．vA〈vB，QA＝QBC．vA＝vB，QA<QBD．vA〉vB，QA＝QB答案D解析兩顆同樣的子彈穿透木塊的過(guò)程中，摩擦阻力Ff相同，子彈相對(duì)木塊滑動(dòng)的距離相同，所以摩擦力做功過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝FfΔx相同，根據(jù)能量守恒定律有：eq\f（1，2）mv2＝QA＋eq\f(1，2）mveq\o\al（2,A)，eq\f（1，2)mv2＝QB＋eq\f(1，2）mveq\o\al(2，B）＋eq\f（1，2）mBv′2，由以上兩式可知vA>vB,綜上所述選項(xiàng)D正確．9．如圖4所示，一塊長(zhǎng)木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物體A，現(xiàn)以恒定的外力拉B，由于A、B間摩擦力的作用，A將在B上滑動(dòng)，以地面為參考系，A和B都向前移動(dòng)一段距離，在此過(guò)程中（）圖4A．外力F做的功等于A和B動(dòng)能的增加量B．B對(duì)A的摩擦力所做的功等于A的動(dòng)能的增加量C．A對(duì)B的摩擦力所做的功等于B對(duì)A的摩擦力所做的功D．外力F對(duì)B做的功等于B的動(dòng)能的增加量與AB間產(chǎn)生的熱量之和答案B10.如圖5所示，質(zhì)量為m的物體從傾角為30°的斜面上由靜止開(kāi)始下滑s，物體與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r（3)，4），下列說(shuō)法中正確的是()圖5A．物體的動(dòng)能增加eq\f(1，4)mgsB．物體的重力勢(shì)能減少eq\f(1，8）mgsC．物體克服阻力所做的功為eq\f（3,8)mgsD．物體的機(jī)械能減少eq\f（1，2)mgs答案C解析根據(jù)動(dòng)能定理得:動(dòng)能增加量ΔEk＝mgssin30°－μmgcos30°·s＝eq\f(1，8）mgs，故A錯(cuò)誤．物體的重力勢(shì)能減少ΔEp＝mgssin30°＝eq\f（1,2）mgs，故B錯(cuò)誤．物體克服阻力所做的功為Wf＝μmgcos30°·s＝eq\f(3,8)mgs,故C正確．根據(jù)功能關(guān)系知，機(jī)械能減少ΔE＝Wf＝eq\f（3，8）mgs.故D錯(cuò)誤．二、非選擇題11。如圖6所示,滑塊從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿曲面下滑，過(guò)O點(diǎn)后滑上右邊曲面B點(diǎn)