學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)案11能源的開(kāi)發(fā)與利用［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.了解各種不同形式的能，知道能量守恒定律確立的兩類重要事實(shí).2。能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析解釋一些實(shí)際問(wèn)題.3.了解能源的開(kāi)發(fā)和利用，知道能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題,增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識(shí)．一、能量守恒定律1．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)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,其總量保持不變．2．意義：能量守恒定律的建立,是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍．它是自然界中最重要、最普遍的規(guī)律之一．二、能源的利用1．能源：能夠提供某種形式能量的物質(zhì)資源．2．人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴草時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期．3．能源的大量使用(特別是化石燃料的利用）引起了環(huán)境問(wèn)題，例如酸雨和溫室效應(yīng)．三、新能源的開(kāi)發(fā)1．目前，正在開(kāi)發(fā)的新能源有風(fēng)能、海洋能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、氫能、生物質(zhì)能及核聚變能等．2．新能源的優(yōu)點(diǎn)：新能源多為可再生能源,且污染較小。一、能量守恒定律［問(wèn)題設(shè)計(jì)］1．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,重物帶著紙帶下落時(shí)，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少的重力勢(shì)能的值大于增加的動(dòng)能的值,即機(jī)械能的總量在減少．原因就是存在紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦力和空氣的阻力等．是不是考慮了各種摩擦和阻力后這部分能量就消失了呢?答案不是．它轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能以外的其他形式的能量，除重力或彈力做功外,其他任何力對(duì)物體做功使物體的機(jī)械能增加或減少的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上都是其他形式的能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程,在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，能的總量是不變的．這是大自然的一條普遍規(guī)律，而機(jī)械能守恒定律只是這一條普遍規(guī)律的一種特殊情況．2．請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的？(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)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．［要點(diǎn)提煉]1．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．2．能量守恒定律的表達(dá)式（1）從不同狀態(tài)看，E初＝E終．（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．二、能源的利用和新能源的開(kāi)發(fā)1．人類對(duì)能源的利用大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期,即柴草時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期．自工業(yè)革命以來(lái)，煤和石油成為人類的主要能源．2．能源利用方式的改進(jìn)極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,給人類的生活帶來(lái)了極大的改善，煤炭的利用和蒸汽機(jī)的誕生引起了產(chǎn)業(yè)革命．但能源的大量使用引起了環(huán)境問(wèn)題．3．新能源開(kāi)發(fā)（1)正在開(kāi)發(fā)的新能源有風(fēng)能、海洋能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋淠?、生物質(zhì)能及核聚變能等．（2）在合理開(kāi)發(fā)和節(jié)約使用煤、石油、天然氣等常規(guī)能源的同時(shí)，要大力開(kāi)發(fā)核聚變能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等新能源．三、功能關(guān)系的理解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)量度．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注意功和能的本質(zhì)不同,并且功和能也不能相互轉(zhuǎn)化，而只能是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化．一、對(duì)能量守恒定律的理解例1下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是（）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)．答案ABC二、能量守恒定律的應(yīng)用圖1例2如圖1所示，一個(gè)粗細(xì)均勻的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)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(nèi)液體的總長(zhǎng)度為4h，拿去蓋板，液體開(kāi)始運(yùn)動(dòng),由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動(dòng)，則該過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能為()A。eq\f(1,16)mghB.eq\f(1，8）mghC.eq\f（1,4)mghD.eq\f(1,2)mgh解析去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流動(dòng)，最終兩側(cè)液面相平,液體的重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)eq\f（1，2)h的液柱移到左側(cè)管中,即增加的內(nèi)能等于該液柱減少的重力勢(shì)能，則Q＝eq\f（1,8)mg·eq\f（1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正確．答案A三、對(duì)功能關(guān)系的理解及應(yīng)用圖2例3如圖2所示,在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長(zhǎng)木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，將質(zhì)量為m的小鐵塊無(wú)初速度地輕放到長(zhǎng)木塊右端,小鐵塊與長(zhǎng)木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)小鐵塊在長(zhǎng)木塊上相對(duì)長(zhǎng)木塊滑動(dòng)L時(shí)與長(zhǎng)木塊保持相對(duì)靜止，此時(shí)長(zhǎng)木塊對(duì)地的位移為l，求這個(gè)過(guò)程中（1)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；(2）小鐵塊增加的動(dòng)能；(3）長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能；(4)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量．解析畫出這一過(guò)程兩物體位移示意圖，如圖所示．（1）m、M間相對(duì)滑動(dòng)的位移為L(zhǎng),根據(jù)能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量．(2）根據(jù)動(dòng)能定理有μmg（l－L）＝eq\f（1,2)mv2－0，其中(l－L)為小鐵塊相對(duì)地面的位移，從上式可看出ΔEkm＝μmg(l－L),說(shuō)明摩擦力對(duì)小鐵塊做的正功等于小鐵塊動(dòng)能的增加量．(3）摩擦力對(duì)長(zhǎng)木塊做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系，得ΔEkM＝－μmgl，即長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能等于長(zhǎng)木塊克服摩擦力做的功μmgl。（4）系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.答案(1)μmgL(2)μmg(l－L）(3)μmgl（4）μmgL針對(duì)訓(xùn)練一質(zhì)量為1kg的物體被人用手以2m/s的速度豎直向上勻速提升1m，則下列說(shuō)法正確的是(g取10N/kg）()A．物體上升過(guò)程中機(jī)械能守恒B．物體的機(jī)械能增加10JC．合外力對(duì)物體做功2JD．物體克服重力做功2J答案B解析物體勻速上升，動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增加，機(jī)械能增加,A錯(cuò)；由力的平衡條件可知手對(duì)物體的力的大小等于物體的重力10N,故人手對(duì)物體做功10J,機(jī)械能增加10J，B對(duì)；合外力做功為零，C錯(cuò);重力做功為－10J，即物體克服重力做功10J，D錯(cuò)．一、能量守恒定律的表達(dá)式E初＝E終或ΔE增＝ΔE減或ΔEA增＝ΔEB減．二、能源的利用和新能源的開(kāi)發(fā)三、功能關(guān)系的理解1．功是能量轉(zhuǎn)化的量度．2．常用的幾種功能關(guān)系。1．（對(duì)能量守恒定律的理解）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．2．（能量守恒定律的應(yīng)用）一顆子彈以某一速度擊中靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出，對(duì)于這一過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是(）A．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能B．子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量C．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與木塊增加的內(nèi)能之和D．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與木塊和子彈增加的內(nèi)能之和答案BD3．(對(duì)功能關(guān)系的理解）某人將重物由靜止開(kāi)始舉高h(yuǎn),并使物體獲得速度v，則下列說(shuō)法中不正確的是（)A．物體所受合外力對(duì)它做的功等于物體動(dòng)能的增加B．此人對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能和重力勢(shì)能的增加量C．物體所受合外力做的功等于物體動(dòng)能和重力勢(shì)能的增加量D．克服重力做的功等于物體重力勢(shì)能的增加量答案C解析由動(dòng)能定理知，合外力做的功等于物體動(dòng)能的改變量,故A正確，C錯(cuò)誤；人給物體的力對(duì)物體做的功等于物體機(jī)械能的改變量,B正確；重力做負(fù)功，克服重力做的功等于物體重力勢(shì)能的增加量,D正確．圖34．(功能關(guān)系的應(yīng)用）如圖3所示，斜面的傾角為θ，質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為x0，滑塊以初速度v0沿斜面上滑,滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力．若滑塊每次與擋板相碰均無(wú)機(jī)械能損失，求滑塊經(jīng)過(guò)的總路程．答案eq\f（1，μ）(eq\f(v\o\al(2，0),2gcosθ）＋x0tanθ)解析滑塊最終要停在斜面底部，設(shè)滑塊經(jīng)過(guò)的總路程為s，對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的全程應(yīng)用能量守恒定律,全程所產(chǎn)生的熱量為Q＝eq\f（1,2)mveq\o\al（2,0)＋mgx0sinθ又因?yàn)槿坍a(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力所做的功,即Q＝μmgscosθ解以上兩式可得s＝eq\f(1，μ）（eq\f(v\o\al(2,0)，2gcosθ)＋x0tanθ)。題組一對(duì)能量守恒定律的理解圖11．市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子（如圖1所示)．在陽(yáng)光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng),能給炎熱的夏季帶來(lái)一絲涼爽．該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是()A．太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能B．太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能D．機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能答案A解析電池板中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．2．行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離,最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰;降落傘在空中勻速下降．上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量答案AD解析三個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都受到阻力，汽車主要受到制動(dòng)阻力，流星、降落傘受到空氣阻力，因而物體都克服阻力做功，A對(duì)；三個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能,總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，D對(duì)．3．在最近幾年的空調(diào)市場(chǎng)上出現(xiàn)一個(gè)新寵-—變頻空調(diào),據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能,因?yàn)槎l空調(diào)開(kāi)機(jī)時(shí)就等同于汽車啟動(dòng)時(shí)，很耗能，是正常運(yùn)行的5~7倍．空調(diào)在工作時(shí)達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，等溫度高了再繼續(xù)啟動(dòng)．這樣的頻繁啟動(dòng)，耗電多，而變頻空調(diào)啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)由低到高的過(guò)程，而運(yùn)行過(guò)程是自動(dòng)變速來(lái)保持室內(nèi)溫度,從開(kāi)機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī),而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)行，所以比較省電．閱讀上述介紹后，探究以下說(shuō)法中合理的是（）A．變頻空調(diào)節(jié)能,運(yùn)行中不遵守能量守恒定律B．變頻空調(diào)運(yùn)行中做功少，轉(zhuǎn)化能量多C．變頻空調(diào)在同樣工作條件下運(yùn)行效率高，省電D．變頻空調(diào)與定頻空調(diào)做同樣功時(shí)，消耗同樣電能答案CD解析自然界的一切過(guò)程都遵守能量守恒定律，A錯(cuò)．功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做同樣功，消耗同樣電能，B錯(cuò)，D對(duì)．由變頻空調(diào)的工作特點(diǎn)可知省電的原理是效率高，C對(duì)．4．關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和節(jié)約，你認(rèn)為以下觀點(diǎn)錯(cuò)誤的是（）A．能源是有限的，無(wú)節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類,是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律,擔(dān)心能源枯竭實(shí)在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C．能源的開(kāi)發(fā)利用，必須要同時(shí)考慮對(duì)環(huán)境的影響D．和平利用核能是目前開(kāi)發(fā)新能源的一項(xiàng)有效途徑答案B解析雖然能量守恒，但由于能量耗散現(xiàn)象的存在,可利用能源仍存在減少問(wèn)題，故要節(jié)約能源和開(kāi)發(fā)新能源．題組二對(duì)功能關(guān)系的理解5．將質(zhì)量為m的小球在距地面高度為h處拋出．拋出時(shí)的速度大小為v0，小球落到地面時(shí)的速度大小為2v0。若小球受到的空氣阻力不能忽略,則對(duì)于小球下落的整個(gè)過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是（）A．小球克服空氣阻力做的功小于mghB．重力對(duì)小球做的功等于mghC．合外力對(duì)小球做的功小于mveq\o\al（2，0）D．合外力對(duì)小球做的功等于mveq\o\al（2，0）答案AB解析由題意可知，小球落地時(shí)的速度比拋出時(shí)大，即從拋出到落地的過(guò)程中，動(dòng)能變大了．根據(jù)動(dòng)能定理W合＝ΔEk,則W合〉0,即重力所做的功大于阻力所做的功．而這個(gè)過(guò)程中重力對(duì)小球做的功為WG＝mgh，所以A、B正確．從拋出到落地的過(guò)程中，合外力做的功等于小球動(dòng)能的變化量，即W合＝eq\f（1，2）m(2v0)2－eq\f(1，2）mveq\o\al（2，0）＝eq\f（3，2)mveq\o\al（2,0)>mveq\o\al(2，0），故C、D均錯(cuò)．6．懸崖跳水是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的極限運(yùn)動(dòng)，需要運(yùn)動(dòng)員具有非凡的膽量和過(guò)硬的技術(shù)．跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng),設(shè)質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員剛?cè)胨畷r(shí)的速度為v，水對(duì)他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降深度為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．他的動(dòng)能減少了(F－mg）hB．他的重力勢(shì)能減少了mgh－eq\f(1,2)mv2C．他的機(jī)械能減少了FhD．他的機(jī)械能減少了mgh答案AC解析在進(jìn)入水中的過(guò)程中，由動(dòng)能定理，mgh－Fh＝Ek′－Ek，所以動(dòng)能的減少量為Ek－Ek′＝(F－mg）h，故A正確;重力勢(shì)能的減少量等于重力所做的功，即mgh，故B錯(cuò)誤；克服阻力所做的功等于機(jī)械能的減少量，即等于Fh，故C正確，D錯(cuò)誤．圖27．如圖2為我國(guó)交通運(yùn)輸部北海救助飛行隊(duì)直升機(jī)在執(zhí)行救助任務(wù)．直升機(jī)通過(guò)繩索用恒力F豎直向上拉起救助官兵和被困人員，使其由水面開(kāi)始加速上升到某一高度，若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力，則在此過(guò)程中，以下說(shuō)法不正確的有(）A．力F和阻力的合力所做的功等于兩人機(jī)械能的增量B．兩人克服重力所做的功等于兩人