能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律

能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四在中學(xué)物理中,涉及到許多形式的能，如：動(dòng)能、勢(shì)能、電能、內(nèi)能、核能等,這些形式的能可以互相轉(zhuǎn)化，并且遵循能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。能量的概念及其有關(guān)規(guī)律(如動(dòng)能定理、功能關(guān)系,機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律)貫穿于中學(xué)物理學(xué)習(xí)的始終,是聯(lián)系各部分知識(shí)的主線,是我們分析和解決物理問題的重要依據(jù)，是方法教育與能力培養(yǎng)的重要方面，因此在每年的高考物理試卷中都會(huì)出現(xiàn)考查有關(guān)能量的試題。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)移到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律能量是狀態(tài)量，不同的狀態(tài)有不同數(shù)值的能量．能量的變化是通過做功或熱傳遞兩種方式來實(shí)現(xiàn)的．力學(xué)中功是能量轉(zhuǎn)化的量度，熱學(xué)中功和熱量是內(nèi)能變化的量度．第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)學(xué)表達(dá)式動(dòng)能定理W合=W1+W2+…=ΔEK功能原理WF=ΔEK+ΔEP=ΔE機(jī)械能守恒定律ΔE=0ΔEK+ΔEP=0熱力學(xué)第一定律ΔE=Q+W電功W電

=qU=UIt焦耳定律Q=I2Rt閉合電路歐姆定律IEt=I2(R+r)t=qU+I2rt法拉第電磁感應(yīng)定律E電

=W克安(E電為感應(yīng)電流的能量)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EKm=hν-W玻爾假設(shè)hν=E2-E1質(zhì)能方程E=mc2ΔE=Δmc2變壓器

P出=P入表現(xiàn)形式第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四⑻克服安培力所做的功等于感應(yīng)電能的增加——功是能量轉(zhuǎn)化的量度功能關(guān)系⑴重力所做的功等于重力勢(shì)能的減少⑵電場力所做的功等于電勢(shì)能的減少⑶彈簧的彈力所做的功等于彈性勢(shì)能的減少⑷合外力所做的功等于動(dòng)能的增加⑸只有重力和彈簧的彈力做功，機(jī)械能守恒⑹重力和彈簧的彈力以外的力所做的功等于機(jī)械能的增加⑺克服一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的凈功等于機(jī)械能的減少第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四1B．以初速v0水平拋出的物體，質(zhì)量為m，下落高度為h，則重力做功為

，這過程中物體動(dòng)能變化量為

。質(zhì)量為m的帶電物體，在僅有電場力作用的情況下由靜止開始加速，獲得速率v，則電場力做的功為

。從上面這些例子可歸納出結(jié)論：功是

。能量變化的量度mghmghmv2/2第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四9.下列有關(guān)能量的說法正確的是（）A.重力對(duì)物體做的功與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān),重力做的功等于物體重力勢(shì)能的減少量B.重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能、動(dòng)能都屬于機(jī)械能C．能量的耗散現(xiàn)象從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性，也告誡了我們：自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源D．電場力做的功等于電荷電勢(shì)能的變化量AC第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四12．雷雨天的閃電是雷暴云中正電荷區(qū)與負(fù)電荷區(qū)的電場大到一定程度，空氣被擊穿形成的火花放電.假設(shè)兩帶電的云團(tuán)某一時(shí)刻相距600m發(fā)生閃電,兩云團(tuán)間的電場可視作場強(qiáng)為2×106N/C的勻強(qiáng)電場。則此時(shí)兩云團(tuán)間的電勢(shì)差為______________V。若這次閃電通過的電量為20C，則釋放的電能為___________J（設(shè)閃電的火花路徑為直線）。2.4×10101.2×109第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四2A．閃電是一種常見的自然現(xiàn)象，發(fā)生閃電時(shí)會(huì)釋放出大量能量。已知某次閃電放電電壓大約為1.0×109V，放電通過的電量約為30C。一所希望小學(xué)每天消耗的電能為20kW·h，此次閃電釋放的電能如果都能儲(chǔ)存起來并加以利用，那么這些電能夠這所小學(xué)使用____________天。416.7第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四17、下列與能量有關(guān)的說法正確的是（）A．衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑越大，動(dòng)能越大B．從同種金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨照射光波長的減小而增大C．做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任意相等時(shí)間內(nèi)動(dòng)能的增量相同D．在靜電場中，電場線越密的地方正電荷的電勢(shì)能一定越高B第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四7．如圖所示，O點(diǎn)代表磁場源，其周圍分布有強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度大小與其間距x的關(guān)系為B=B0

-kx,方向與x軸平行。在該磁場中有一沿x軸方向的固定水平直槽，現(xiàn)將質(zhì)量為m小磁體放入槽內(nèi)的P點(diǎn)由靜止開始水平滑動(dòng)，最后停在與P相距為s的Q點(diǎn)，滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。P、Q間的磁感強(qiáng)度的變化ΔB=_________，現(xiàn)用一個(gè)水平外力把小磁體沿水平面緩慢沿原路推回到P點(diǎn)，則水平外力需做的功W=____________。2μmgsOPQxks第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四6．如圖所示，某點(diǎn)O處固定點(diǎn)電荷+Q，另一帶電－q的粒子以O(shè)為焦點(diǎn)做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過最近點(diǎn)a和最遠(yuǎn)點(diǎn)b，下述說法不正確的是（）A．粒子在a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率大于在b點(diǎn)速率B．粒子在a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度大于在b點(diǎn)加速度c．粒子在a點(diǎn)電勢(shì)能大于在b點(diǎn)電勢(shì)能D．+Q所產(chǎn)生的電場中，

a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)ab+Q-qOC第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四8．如圖所示，在水平絕緣平面上固定足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌（電阻不計(jì)），導(dǎo)軌左端連接一個(gè)阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的金屬棒(電阻不計(jì))放在導(dǎo)軌上，金屬棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好．整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，在用水平恒力F把金屬棒從靜止開始向右拉動(dòng)的過程中，下列說法正確的是()A．恒力F與安培力做的功之和等于電路中產(chǎn)生的電能與金屬棒獲得的動(dòng)能和B．恒力F做的功一定等于克服安培力做的功與電路中產(chǎn)生的電能之和C．恒力F做的功一定等于克服安培力做的功與金屬棒獲得的動(dòng)能之和D．恒力F做的功一定等于電路中產(chǎn)生的電能與金屬棒獲得的動(dòng)能之和RFCD第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四14.(本題10分)如圖所示，質(zhì)量m=1kg的滑塊(可看成質(zhì)點(diǎn))，被壓縮的彈簧彈出后在光滑的水平桌面上滑行一段距離后，落在水平地面上。落點(diǎn)到桌邊的水平距離S=0.4m，桌面距地面的高度h=0.8m。求：（g=10m/s2，空氣阻力不計(jì)）（1）滑塊落地時(shí)速度的大??；（2）彈簧釋放的彈性勢(shì)能。hs第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四解：(1)(2)根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒：第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四46、電動(dòng)車所需能量由它所攜帶的蓄電池供給。右圖為某類電動(dòng)車與汽油車性能的比較。通常車用電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量是汽油機(jī)的4倍或5倍。為促進(jìn)電動(dòng)車的推廣使用，在技術(shù)上主要應(yīng)對(duì)電動(dòng)車的

、

等部件加以改進(jìn)。能量密度（kJ/kg）46000140蓄電池汽油每千克蓄能物質(zhì)所儲(chǔ)存的能量效率（％）7023電動(dòng)車汽油車儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的百分比行程（km）56080電動(dòng)車汽油車充一次電或一箱油能行駛的距離蓄電池電動(dòng)機(jī)第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四給電動(dòng)車蓄電池充電的能量實(shí)際上來自于發(fā)電站。一般發(fā)電站燃燒燃料所釋放出來的能量僅30％轉(zhuǎn)化為電能，在向用戶輸送及充電過程中又損失了20％，這意味著使用電動(dòng)車時(shí)能量轉(zhuǎn)化的總效率約為

％。解：電動(dòng)車儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的百分比為70%總效率=30％×（1-20％）×70%=16.8%16.8第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四16．某游樂場中有一種叫“空中飛椅”的游樂設(shè)施,其基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣上,繩子下端連接座椅,人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋.若將人和座椅看成是一個(gè)質(zhì)點(diǎn),則可簡化為如圖所示的物理模型.其中P為處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤,可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)繩長l=10m，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m=60kg，轉(zhuǎn)盤靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d=4m。轉(zhuǎn)盤逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=370。（不計(jì)空氣阻力及繩重，繩子不可伸長，sin370=0.6，cos370=0.8，g=10m/s2）求：（1）質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤的角速度及繩子的拉力；（2）質(zhì)點(diǎn)從靜止到做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，繩子對(duì)質(zhì)點(diǎn)做的功。OO'Pdl第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四解：（1）如圖所示，對(duì)質(zhì)點(diǎn)受力分析可得：OO'PFFxmglDd繩中的拉力根據(jù)幾何關(guān)系可得：代入數(shù)據(jù)得：第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四OO'PFFxmgθlDd（2）轉(zhuǎn)盤從靜止啟動(dòng)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定這一過程，繩子對(duì)質(zhì)點(diǎn)做的功等于質(zhì)點(diǎn)機(jī)械能的增加量：代入數(shù)據(jù)解得W=3450J題目第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四22、環(huán)保汽車將為2008年奧運(yùn)會(huì)場館服務(wù)。某輛以蓄電池為驅(qū)動(dòng)能源的環(huán)保汽車，總質(zhì)量m=3×103kg.當(dāng)它在水平路面上以v=36km/h的速度勻速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電流I=50A,電壓U=300V.在此行駛狀態(tài)下（1）求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率；（2）若驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率P機(jī)，求汽車所受阻力與車重的比值；（3）設(shè)想改用太陽能電池給該車供電，其他條件不變，求所需的太陽能電池板的最小面積。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，簡述你對(duì)該設(shè)想的思考。已知太陽輻射的總功率，太陽到地球的距離，太陽光傳播到達(dá)地面的過程中大約有30%的能量損耗，該車所用