第頁第3節能量守恒定律第4節能源與可持續發展學習目標知識脈絡1.理解機械能守恒定律的內容、條件、公式，會應用機械能守恒定律解決實際問題．(重點、難點)2．知道能量守恒定律，能應用能量守恒定律分析能的轉化現象．(重點)3．了解能量轉化和轉移的方向性，了解能源開發和可持續發展的意義．4．知道熱力學第二定律，了解熱機效率問題.機械能守恒定律eq\o([先填空])1．機械能物體的動能和勢能之和叫機械能．2．機械能守恒定律(1)內容：在只有重力做功的情況下，物體的動能與勢能可以發生相互轉化，但機械能的總量保持不變．(2)適用條件：只有重力做功．(3)表達式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mgh1.eq\o([再判斷])1．合力為零，物體的機械能一定守恒．(×)2．合力做功為零，物體的機械能一定守恒．(×)3．只有重力做功，物體的機械能一定守恒．(√)eq\o([后思考])如圖2-3-1所示，大型的過山車在軌道上翻轉而過．過山車從最低點到達最高點時，動能和勢能怎樣變化？忽略軌道和空氣阻力，機械能是否守恒？圖2-3-1【提示】動能減少，重力勢能增加，忽略軌道和空氣阻力，過山車機械能守恒．eq\o([合作探討])探討1：請同學想一想，小桶如圖2-3-2由靜止釋放，返回來會不會碰到額頭？圖2-3-2【提示】不會．因機械能守恒，擺回時的高度不會超過原來的高度．探討2：質量為m的小球，以速度v斜向上拋離高為H的桌面．如圖2-3-3，經過A點時所具有的機械能是多少？(以桌面為零勢能面，不計空氣阻力)圖2-3-3【提示】以桌面為零勢能面，小球在拋出點的機械能為eq\f(1,2)mv2，由于機械能守恒，故在A點的機械能為eq\f(1,2)mv2.eq\o([核心點擊])1．機械能守恒的判斷(1)用做功來判斷：分析物體或物體受力情況(包括內力和外力)，明確各力做功的情況，若對物體或系統只有重力或彈簧彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數和為零，則機械能守恒．(2)用能量轉化來判定：若系統中只有動能和勢能的相互轉化，無機械能與其他形式能的轉化，則系統機械能守恒．2．表達式及特點表達式特點Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末(從不同狀態看)即初狀態的機械能等于末狀態的機械能Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp(從轉化角度看)即過程中動能的增加量等于勢能的減少量EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB(從轉移角度看)即系統只有A、B兩物體時，A增加的機械能等于B減少的機械能3．應用機械能守恒定律解題的一般步驟(1)正確選取研究對象(物體或系統)，確定研究過程；(2)進行受力分析，考查守恒條件；(3)選取零勢能平面，確定初、末狀態機械能；(4)運用守恒定律，列出方程求解．1．在物體自由下落的過程中，下列說法正確的是()【導學號：45732047】A．動能增大，勢能減小，機械能增大B．動能減小，勢能增大，機械能不變C．動能增大，勢能減小，機械能不變D．動能不變，勢能減小，機械能減小【解析】在自由下落過程中，只有重力做功，物體的機械能守恒，重力勢能不斷減小，動能不斷增大，選項C正確．【答案】C2．一個質量為m的滑塊，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，當滑塊從斜面底端滑到高為h的地方時，以斜面底端為參考平面，滑塊的機械能是()A.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) B．mghC.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgh【解析】在整個過程中，只有重力做功，機械能守恒，總量都是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，因在高度h處，速度可能不為零，所以B項錯誤；C、D也錯誤．【答案】A3.如圖2-3-4所示，質量m＝70kg的運動員以10m/s的速度，從高h＝10m的滑雪場上A點沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不計，以B點所在的水平面為參考平面，g取10m/s2，求：【導學號：45732048】圖2-3-4(1)運動員在A點時的機械能；(2)運動員到達最低點B時的速度大??；(3)若運動員繼續沿斜坡向上運動，他能到達的最大高度．【解析】(1)EA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh＝10500J.(2)由機械能守恒得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh所以vB＝10eq\r(3)m/s.(3)由機械能守恒得mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh得H＝15m.【答案】(1)10500J(2)10eq\r(3)m/s(3)15m1．無論直線運動還是曲線運動，機械能守恒定律都可應用，且僅需考慮始、末狀態，而不必考慮所經歷的過程．2．應用機械能守恒定律解題，一定要注意考查守恒條件．能量守恒定律eq\o([先填空])1．能量的轉化自然界存在著各種不同形式的能量——機械能(動能和勢能)、內能、電能、化學能、核能等，各種不同形式的能量可以相互轉化．2．能量守恒定律能量既不能憑空產生，也不能憑空消失．它只能從一種形式轉化為另一種形式，或從一個物體轉移到另一個物體，在轉化或轉移的過程中其總量保持不變，這就是能量守恒定律．它是自然界最普遍、最基本的規律之一．eq\o([再判斷])1．自然界中的任何變化過程都滿足能量守恒．(√)2．永動機不可能制成．(√)3．能量守恒過程外力做功必為零．(×)eq\o([后思考])如圖2-3-5所示，一個叫丹尼斯·李的美國人在《美國今日》、《新聞周刊》等全國性報刊上刊登大幅廣告，在全美各地表演，展示其號稱無需任何能源的發電機．你認為這種發電機能造出來嗎？圖2-3-5【提示】這種發電機違反了能量守恒定律，故不能制造出來．eq\o([合作探討])如圖2-3-6所示，發生雪崩時，山頂的積雪以排山倒海之勢滾落下來．圖2-3-6探討1：雪崩的過程是否符合能量守恒定律？【提示】符合能量守恒定律．探討2：重力做功引起什么能的改變？合外力做功引起什么能的改變？除重力之外的其它力做功引起什么能的改變？【提示】重力做功引起重力勢能的改變，合外力做功引起動能的改變，除重力之外的其它力做功引起機械能的改變．eq\o([核心點擊])1．做功和能的轉化之間的關系功能關系內容不同形式的能量之間的轉化是通過做功實現的，做功的過程就是各種形式的能量之間相互轉化(或轉移)的過程，做了多少功，就會有多少能量發生轉化(或轉移)實例重力做功重力做的功等于重力勢能變化量的相反數(WG＝－ΔEp)彈力做功彈力做的功等于彈性勢能變化量的相反數(WF＝－ΔEp)合力做功合力做的功等于物體動能的變化量(W總＝ΔEk)除重力、系統內彈力以外的其他力做功其他力做的功等于物體機械能的變化量(W其他＝ΔE機)2.利用能量守恒定律解題的基本思路(1)分清有哪幾種形式的能(如機械能、內能等)在變化．(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．(3)列等式ΔE減＝ΔE增求解．4．如圖2-3-7所示，一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的變化情況是()圖2-3-7A．重力勢能減小，動能不變，機械能減小，總能量減小B．重力勢能減小，動能增加，機械能減小，總能量不變C．重力勢能減小，動能增加，機械能增加，總能量增加D．重力勢能減小，動能增加，機械能守恒，總能量不變【解析】由能量守恒定律可知，小孩在下滑過程中總能量守恒，故A、C均錯；由于摩擦力要做負功，機械能不守恒，故D錯；下滑過程中重力勢能向動能和內能轉化，故只有B正確．【答案】B5．(多選)升降機底板上放一質量為100kg的物體，物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5m時速度達到4m/s，則此過程中(g取10m/s2)()【導學號：45732049】A．升降機對物體做功5800JB．合外力對物體做功5800JC．物體的重力勢能增加5000JD．物體的機械能增加800J【解析】根據動能定理得：W升－mgh＝eq\f(1,2)mv2，可解得W升＝5800J，A正確；合外力做功為eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×100×42J＝800J，B錯誤；物體重力勢能增加mgh＝100×10×5J＝5000J，C正確；物體機械能增加E＝Fh＝W升＝5800J，D錯誤．【答案】AC6．如圖2-3-8所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數μ＝0.15，皮帶不打滑，電動機帶動皮帶將物體從左輪運送到右輪正上方時，求：(g取10m/s2)圖2-3-8(1)小物體獲得的動能Ek；(2)這一過程摩擦產生的熱量Q；(3)這一過程電動機消耗的電能E.【解析】(1)由μmg＝ma可求得a＝1.5m/s2，因為μmgs＝eq\f(1,2)mv2所以物體加速階段運動的位移s＝3m＜4.5m，即物體可與皮帶達到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J.(2)由v＝at可求得t＝2sQ＝μmg(vt－s)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J(3)E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J.【答案】(1)4.5J(2)4.5J(3)9J能量守恒定律的理解1．某種形式的能量減少，一定存在另外形式的能量增加，而且減少量和增加量相等．2．某個物體的能量減少，一定存在別的物體的能量增加，而且減少量和增加量相等．能源與可持續發展eq\o([先填空])1．機械能與內能間轉化的方向性機械能可以完全轉化為內能，反過來，內能不可能自動地、并不引起任何變化地完全變為機械能．2．熱傳遞過程的方向性在熱傳遞的過程中，內能總是自動地從高溫物體向低溫物體轉移，而不可能自動地從低溫物體向高溫物體轉移．3．珍惜利用常規能源能量的利用過程是不可逆的，自然界中的常規能源(如煤炭、石油、天然氣等)的儲量是有限的，并且是不可再生的，因此我們要珍惜現有的能源，盡量提高能源的利用效率．4．開發綠色新能源(1)常規能源的大量使用帶來的環境問題：溫室效應、酸雨、光化學煙霧、浮塵．(2)為維持人類社會的可持續發展，應該注意研究和開發新的能源，優先開發的綠色新能源包括：核能、風能、太陽能、水能、地熱能、生物質能、海洋能等．eq\o([再判斷])1．能量守恒是自然界中普遍適用的規律，不需節約能源．(×)2．將煤做燃料供暖改進為用天然氣做燃料供暖徹底實現了環境保護．(×)3．常規能源會帶來大量的環境問題，開發新能源是可持續發展的需要．(√)eq\o([后思考])1．“煤既是常規能源又是不可再生能源”，這種認識正確嗎？【提示】正確．根據能源的分類角度不同，可將煤分成常規能源和不可再生能源等．2．可持續發展的意義是什么？【提示】可持續發展是指不僅滿足當代人的發展需要，還應考慮不損害后代人的發展需要．eq\o([合作探討])探討1：如圖2-3-9所示，把小球拉到一定角度后釋放，小球在豎直平面內來回擺動，我們觀察到它的擺動幅度越來越小，最后停止擺動．機械能消失了嗎？若沒有消失，轉化成了什么？能否讓這種能自發的轉化為機械能使小球動起來呢？圖2-3-9【提示】機械能沒有消失，而是轉化為小球和空氣的內能，不可能使內能自發轉化為機械能使小球擺動．探討2：如圖2-3-10所示，是我國能源結構的統計圖，根據此圖的數據，總結出我國能源結構或現狀有什么規律？圖2-3-10【提示】我國的能源結構主要以煤為主；我國的能源消耗中不可再生能源占據的比例過大，結構不合理；我國能源消耗中可再生能源的比例過?。甧q\o([核心點擊])1．關于方向性的理解：(1)機械能與內能轉化的方向性．①機械能可以全部轉化為內能，但內能不可能自動地、并不引起任何變化地全部轉化為機械能．②機械能轉化為內能不需要專門的裝置，而內能要轉化為機械能卻需要復雜的技術手段，比如利用熱機等進行轉化．(2)熱傳遞的方向性：在熱傳遞過程中，內能可以自發地從高溫物體向低溫物體轉移，但不能自發地從低溫物體向高溫物體轉移，內能的轉移也具有方向性．例如，內能要從低溫物體傳到高溫物體，必須要通過做功的方式來進行，如冰箱、空調制冷等．散失到周圍環境中的內能不能回收再重新利用．2．關于“自發”的理解“自發”是指不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產生任何影響，也就是指沒有任何外界的影響或幫助．熱量會從高溫物體傳向低溫物體，這就是“自發”的方向．機械能可以全部轉化為內能，這個過程是“自發”的方向，但相反的過程不可能自發地進行而不引起任何變化．7．關于能量和能源，下列說法正確的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不需要節約能源B．在利用能源的過程中，能量在數量上并未減少，但能量品質降低了C．能量在轉化過程中沒有方向性D．人類在不斷地開發和利用新能源，所以能量可以被創造【解析】自然界中能量守恒，但仍需節約能源，在利用能源過程中，品質降低這是能源危機更深層的理解；能量轉化具有方向性，不能被創造．【答案】B8．十八大報告提出了“推進綠色發展、循環發展、低碳發展”的理念，以下做法中不符合這個