PAGE9-6．能源的開發與利用學習目標知識脈絡(老師用書獨具)1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確定的兩類重要事實．(重點)2．知道能量守恒定律的內容，會用能量守恒的觀點分析、說明一些實際問題．(重點、難點)3．知道能源短缺和環境惡化問題，增加節約能源和環境愛護意識.一、能量守恒定律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(1)定律內容能量既不會憑空產生，也不會憑空消逝，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者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．(2)機械能守恒定律與能量守恒定律的關系機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在特種背景下一種特殊表現形式．二、能源的利用和新能源的開發1．能源的利用(1)能源：能夠供應某種形式能量的物質資源．(2)能源的利用①人類對能源的利用大致經驗了三個時期，即柴草時期、煤炭時期、石油時期．②能源利用方式的改進極大地提高了勞動生產率，給人類的生活帶來了極大的改善，煤炭的利用和蒸汽機的誕生引起了產業革命．(3)能源的分類①非再生能源：如煤、石油、自然氣等常規能源．②可再生能源：如風能、水能等．(4)常規能源產生的危害①煤炭燃燒產生煙塵，且煤煙中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等，污染大氣，造成酸雨和溫室效應，導致兩極冰雪溶化，海平面上升．②煤煙中的致癌物質危害身體．③煤炭的開采和生產過程破壞土壤植被，產生的廢水污染水源及農田．④石油的開采、煉制、處理過程及其運用都對環境產生污染．2．新能源的開發(1)非再生能源對人類的要求①節約能源．②開發和利用新能源．(2)新能源①種類：風能、海洋能、太陽能、地熱能、氫能、生物質能及核聚變能等．②特點：多為可再生能源，且污染較少．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)機械能守恒定律是能量守恒定律的一種特殊表現形式． ()(2)人們開發和利用能源的過程中，能量在數量上漸漸削減． ()(3)能量在開發和利用過程中發生轉移或轉化，但能的總量是不變的． ()(4)世上總能量雖然不變，但我們仍須要有節能意識． ()(5)煤自古至今都是人類的主要能源． ()(6)化石燃料的利用給人們的生活帶來了便利，但同時引起了環境問題．()【提示】(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√2．行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最終停下；流星在夜空中墜落并發出光明的光；著陸傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生電流．上述不同現象中所包含的相同的物理過程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動能轉化為其他形式的能量C．物體的勢能轉化為其他形式的能量D．物體的機械能轉化為其他形式的能量AD[這四個現象中物體運動過程中都受到運動阻力，汽車主要受摩擦阻力，流星、著陸傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A對；四個物體運動過程中，汽車是動能轉化成了內能，流星、著陸傘、條形磁鐵是重力勢能轉化為其他形式的能，總之是機械能轉化成了其他形式的能，D對．]3．(多選)在體育競賽項目中，高臺跳水是我國運動員的強項．質量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動，設水對他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降高度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當地的重力加速度)()A．他的動能削減了Fh－mghB．他的重力勢能增加了mghC．他的機械能削減了(F－mg)hD．他的機械能削減了FhAD[由動能定理，ΔEk＝mgh－Fh，動能削減了Fh－mgh，A選項正確；他的重力勢能削減了mgh，B選項錯誤；他的機械能削減了ΔE＝Fh，C選項錯誤，D選項正確．]4．能源短缺和環境惡化指的是()①煤炭和石油的開采與技術有關，在當前技術條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺．②煤炭和石油資源是有限的，以今日的開采和消耗速度，石油貯存將在百年內用完，煤炭資源也不行能永續，這叫能源短缺．③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和運用過程中這些氣味會聚集在空氣中污染空氣，使環境惡化．④大量煤炭和石油產品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，變更了大氣成分，使環境惡化．A．①③ B．①④C．②③ D．②④D[煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不行重復運用，它們的儲量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在運用時會排出有害氣體污染空氣，這是所講的環境惡化，④正確．故D正確．]能量守恒定律的理解和應用1．表達式ΔE1減＝ΔE2增2．含義(1)某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加，且削減量肯定和增加量相等．(2)某個物體的能量削減，肯定存在其他物體的能量增加，且削減量和增加量肯定相等．3．應用步驟(1)分清哪些形式的能(如機械能、熱能、電能等)在變更．(2)分別列出削減的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．(3)依據能量守恒列式求解．特殊提示：(1)應用能量守恒規律解題時，肯定要分清系統中有哪些形式的能，什么能發生了轉化或轉移．(2)滑動摩擦力與相對距離的乘積在數值上等于產生的內能．【例1】如圖所示，可視為質點的物塊A放在物體B上，物體B的斜面為弧面，A、B之間有摩擦，水平地面光滑．現將物塊A從物體B的頂端由靜止釋放，在滑到物體B的底端前，下列說法不正確的是()A．若物體B固定，則物塊A削減的重力勢能等于它的動能和系統增加的內能之和B．若物體B不固定，則物塊A削減的重力勢能等于物體B增加的動能C．物體B在固定與不固定的兩種狀況下，系統重力勢能的削減量相等D．物體B在固定與不固定的兩種狀況下，摩擦產生的熱量不相等B[若B固定，A削減的重力勢能轉化為A的動能和系統增加的內能，選項A正確；若B不固定，A削減的重力勢能轉化為A、B的動能和系統增加的內能，選項B錯誤；B在固定與不固定的兩種狀況下，A下降的高度相等，所以系統重力勢能的削減量相等，選項C正確；B不固定時，由于A、B都運動，經過同一位置A的速度與B固定時A的速度不等，所以同一位置的摩擦力大小不等，因而摩擦產生的熱量不等，選項D正確．]運用能量守恒定律解題的基本思路1.如圖所示，一個粗細勻稱的U形管內裝有同種液體，液體質量為m.在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內液體的總長度為4h，拿去蓋板，液體起先運動，由于管壁的阻力作用，最終管內液體停止運動，則該過程中產生的內能為()A.eq\f(1,16)mgh B.eq\f(1,8)mghC.eq\f(1,4)mgh D.eq\f(1,2)mghA[去掉右側蓋板之后，液體向左側流淌，最終兩側液面相平，液體的重力勢能削減，削減的重力勢能轉化為內能．如圖所示，最終狀態可等效為右側eq\f(1,2)h的液柱移到左側管中，即增加的內能等于該液柱削減的重力勢能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確．]對功能關系的理解1．功與能量的轉化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轉化(或轉移)的過程，且做了多少功，就有多少能量發生轉化(或轉移)．因此，功是能量轉化的量度．2．功與能的關系某種力做功往往與某一種詳細形式的能量轉化相聯系，詳細功能關系如下：功能的變更表達式重力做功正功重力勢能削減WG＝Ep1－Ep2負功重力勢能增加彈力做功正功彈性勢能削減W彈＝Ep1－Ep2負功彈性勢能增加合力做功正功動能增加W合＝Ek2－Ek1負功動能削減除重力(或系統內彈力)外其他力做功正功機械能增加W外＝E2－E1負功機械能削減【例2】如圖所示，某段滑雪雪道傾角為30°，總質量為m(包括雪具在內)的滑雪運動員從距底端高為h處的雪道上由靜止起先勻加速下滑，加速度為eq\f(1,3)g.在他從上向下滑究竟端的過程中，下列說法正確的是()A．運動員削減的重力勢能全部轉化為動能B．運動員獲得的動能為eq\f(1,3)mghC．運動員克服摩擦力做功為eq\f(2,3)mghD．下滑過程中系統削減的機械能為eq\f(1,3)mgh思路點撥：解答本題時應留意以下兩點：(1)依據運動員的加速度確定其摩擦力的大小和方向．(2)明確動能和機械能的變更對應什么力做功．D[運動員的加速度為eq\f(1,3)g，小于gsin30°，所以必受摩擦力的作用，且大小為eq\f(1,6)mg，克服摩擦力做功為eq\f(1,6)mg·eq\f(h,sin30°)＝eq\f(1,3)mgh，故C錯；摩擦力做功，機械能不守恒，削減的勢能沒有全部轉化為動能，而是有eq\f(1,3)mgh轉化為內能，故A錯，D對；由動能定理知，運動員獲得的動能為eq\f(1,3)mg·eq\f(h,sin30°)＝eq\f(2,3)mgh，故B錯．]應用功能關系需留意的問題搞清力對“誰”做功，對“誰”做功就對應“誰”的位移，引起“誰”的能量變更．如子彈物塊模型中，摩擦力對子彈做的功必需用子彈的位移去求解，這個功引起子彈動能的變更．2.如圖所示，在豎直平面內有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個質量為m的小球自A點的正上方P點由靜止起先自由下落，小球沿軌道到達最高點B時恰好對軌道沒有壓力，已知AP＝2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中()A．重力做功2mgRB．機械能削減mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功eq\f(1,2)mgRD[小球從A點正上方由靜止釋放，通過軌道最高點B時恰好對軌道沒有壓力，此時只有重力供應向心力，依據牛頓其次定律有mg＝meq\f(v2,R)，解得v2＝gR，小球從P點運動到B點，重力做的功為mgR，設摩擦力做的功為W，依據動能定理有mgR＋W＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgR，故合外力做的功為eq\f(1,2)mgR，摩擦力做的功為W＝－eq\f(1,2)mgR，由功能關系知小球的機械能削減eq\f(1,2)mgR.故選項D正確．]1．下列說法正確的是()A．隨著科技的發展，永動機是可以制成的B．太陽照耀到地球上的光能轉化成了其他形式的能量，但照耀到宇宙空間的能量都消逝了C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違反了能量轉化和守恒定律，因而是不行能的D．有種“全自動”手表，不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能始終走動，說明能量可以憑空產生C[永動機是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對外做功的裝置，違反了能量轉化和守恒定律，A錯；太陽輻射大量的能量，地球只汲取了極少的一部分，但輻射到星際空間的能量也沒有消逝，肯定是轉化成了別的能量，B錯；馬和其他動物，包括人要運動，必需消耗能量，動物的能量來源是食物中儲存的生物質能，C對；所謂的“全自動”手表內部是有能量轉扮裝置的，只有當人戴著手表活動時，才能不斷補充能量，維持手表的運行，假如把表放在桌面上靜置一段時間，它肯定會停擺的，D錯．]2．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)．在陽光的照耀下，小電扇快速轉動，能給燥熱的夏季帶來一絲涼快．該裝置的能量轉化狀況是()A．太陽能→電能→機械能B．太陽能→機械能→電能C．電能→太陽能→機械能D．機械能→太陽能→電能A[電池板中太陽能轉化為電能，小電動機中電能轉化為機械能．]3．關于能源的利用，下列說法中不正確的是()A．由于我國煤和石油的儲量無限，所以太陽能和核能的開發在我國根本沒有必要B．能源的利用過程，實質是能的轉化和轉移過程C．現在人類社會運用的能源主要是煤、石油和自然氣D．煤、石油和自然氣的化學能歸根究竟來自太陽能A[石油、煤等為非再生的能源，儲量有限，能源的利用中雖然總量不變，但品質降低，可再利用能源越來越少，所以新能源的開發和利用是當今世界各國面臨的課題，A錯，B、C、D對．]4．(多選)如圖所示，一木塊放在光滑水平面上，一子彈水平射入木塊中，射入深度為d，平均阻力為f.設木塊滑行距離為s時起先勻速前進，下列推斷正確的是()A．子彈損失的動能等于fdB．子彈損失的動能等于f(s＋d)C．總機械能的損失等于fsD．總機械能的損失等于fdBD[子彈受到的合外力為f，合外力做負功，即Wf＝－f(s＋d)，依據動能定理得，子彈損失的動能為f(s＋d)，選項A錯誤，B正確；合外力對木塊做的功為W＝fs，則木塊增加的動能為fs；依據以上分析知道，子彈動能的削減量大于木塊動能的增加量，選項C也錯誤；依據能量守恒可知，子彈、木塊系統總機械能的損失為ΔE＝－f(s＋d)＋fs＝－fd，選項D正確．]5．如圖所示，某人乘雪橇從雪坡經A點滑至B點，接著沿水平路面滑至C點停止．人與雪橇的總質量為70kg.表中記錄了沿坡滑下過程中的有關數據，請依據圖表中的數據解決下列問題：(1)人與雪橇從A到B的過程中，產生的熱量是多少？(2)設人與雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小．(g取10m/s2)位置ABC速度(m/s)2.012