1、1专题 7.10 能量守恒定律与能源【本节知识清单】一、能量守恒定律1定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从 为另一种形式，或者从一个物体 ，在转化或转移的过程中， 保持不变2建立定律的两个重要事实(1)确认了 的不可能性 (2)各种自然现象之间能量的相互联系与转化二、能源和能量耗散1能源：能源是人类社会活动的物质基础，人类对能源的利用大致经历了三个时期，即、 、石油时期2能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用如电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成 ，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的 ，我们无法把这些内能收集起来重新利
2、用这种现象叫做能量的 3能量转化的方向性：能量的耗散从 的角度反映出自然界中宏观过程的方向性4能源危机的含义：在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上 了，从便于利用的变成 的了【答案】一、1.一种形式转化；转移到别的物体；能量 2.永动机 二、1.柴薪时期；煤炭时期 2.内能和光能；内能；耗散 3.能量转化 4.降低；不便利用【问题与练习变式】1.(问题与练习 1 变式)下面关于能量转化的说法中，正确的是( )节日里点燃的“冲天爆竹”腾空而起，是化学能转化为内能又转化为机械能的过程将一杯热水倒入一盆冷水中，冷水和热水温度变成一样，是热水的内能转移到冷
3、水中的过程冬日，人们在太阳光下晒太阳取暖，是太阳能转化为机械能的过程在炉子上放一壶水，将水加热到 50是机械能转化为内能的过程A B C D【答案】A 【解析】炮竹内火药燃烧将化学能转化为产生气体的内能，气体对炮竹产生推力做功，又将内能一部分转化为炮竹的机械能，正确。热水与冷水的混合，是内能的转移，正确。阳光下取暖是光能向内能的转化，错误。水加热的过程是内能的转移，错误。22.(问题与练习 2 变式)2010 年 11 月 5 日，在新疆召开的“引渤入疆” （指引渤海水进入新疆）研讨会，引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是：从天津取水，由黄旗海一库布齐沙漠一毛乌素沙漠一腾格里沙漠一乌兰布和
4、沙漠巴丹吉林沙漠，走河西走廊，经疏勒河自流进入罗布泊。此路径中最高海拔约为1200m，从罗布泊到下游的艾丁湖，又有近 1000m 的落差。此方案是否可行，涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能量角度来分析这个方案。取重力加速度 g=10ms 2，水的密度 。（1）通过管道提升海水，电能的利用率 1=60，将 1 吨海水提升到海拔 1200m，需要耗多少电能?利用水的落差发电，发电效率也为 1=60，在 1000m 的落差中 1 吨水可以发多少电能?（2）如果每年调 4109m3海水入疆，尽管利用落差发的电可以全部用来提升海水，但还需要额外提供电能。（i）额外需要的电能可从三峡水电
5、站输送。已知三峡水电站水库面积约 1010 9m2，年平均流量Q=5010 11m3，水库水面与发电机所在位置的平均高度差 h=100m，发电站的发电效率 1=60%。求在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。（ii）我国西北地区风能充足，额外需要的电能也可通过风力发电来解决。通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。取空气密度 2=1 25kgm 3。某风力发电机的发电效率 2=40%，其风轮机一个叶片旋转一周扫过的面积 S=400m2。某地区风速不低于 v=l0ms 的时间每年约为 5500 小时（合 2010 7s） 。求在该地区最多建多少台这样的风
6、力发电机就能满足“引渤入疆”工程额外需要的电能?【答案】(1) J610.(2)(i)18.7%(ii)2.8104台【解析】 （1）将 1T 海水提升到海拔 1200m，重力势能增加由于电能的利用率为 60%，所以要耗电3利用 1000m 落差，1T 水可以发电（ii）对一台这样的风力发电机，1s 内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为 vS2风能的最大功率处发电量约为满足“引渤入疆”工程额外需要的电能，需建数量3.(问题与练习 3 变式)下列关于能源开发和利用的说法中，正确的是( )A能源利用的过程是内能转化成机械能的过程B要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源C能源
7、利用的过程，是一种形式的能向另一种形式的能转化的过程D无论是节约能源还是开发能源，我国都要靠外国支援【答案】C 【解析】能源的利用过程实际上是一种形式的能向其他形式的能转化的过程，并不一定是单一的向机械能转化的过程，所以 C 正确，A 错误；B 中的核能、风能、地热能、海洋能等属于新能源，而不是常规能源，故 B 错误；节约能源也好，开发能源也好，我国主要依靠自己，故 D 错误【本节考点题组】【题组一】功能关系的理解与应用1.下列说法中正确的是( )A能就是功，功就是能B做功越多，物体的能量就越大C外力对物体不做功，这个物体就没有能量4D能量转化的多少可以用做功来量度【答案】D 【解析】功和能是
8、两个不同的概念，能是物体对外做功本领的大小，而功是能量转化的多少，是能量转化的量度，但做功的多少只是说明能量转化的多少，而不能说明能量的多少，A、B 皆错误 D 正确；外力做功与否只能说明有无能量是否发生转化，而不能说明物体能量的多少，C 错误。2.质量为 m 的物体，在距地面为 h 的高处，以 g/3 的恒定加速度由静止竖直下落到地面，下列说法中不正确的是（ ）A物体的重力势能减少 mgh/3 B物体的机械能减少 2mgh/3C物体的动能增加 mgh/3 D重力做功 mgh【答案】A 3.如图所示，具有一定初速度的物块，沿倾角为 30的粗糙斜面向上运动的过程中，受一个恒定的沿斜面向上的拉力
9、F 作用，这时物块的加速度大小为 4 m/s2，方向沿斜面向下，那么，在物块向上运动的过程中，下列说法正确的是( )A物块的机械能一定增加B物块的机械能一定减小C物块的机械能可能不变D物块的机械能可能增加也可能减小【答案】A 【解析】机械能变化的原因是有除重力、弹力之外的其它力做功，题中除重力外，有拉力 F 和摩擦力 Ff做功，则机械能的变化决定于 F 与 Ff做功大小关系由 mgsin F fFma 知：FF fmgsin 305ma0，即 FF f，故 F 做正功多于克服摩擦力做功，故机械能增加A 正确4.如图所示,一质量为 m 的物体放在水平地面上,上端用一根原长为 L、劲度系数为 k
10、的轻弹簧相连.现用手拉弹簧的上端 P 缓慢向上移动.当 P 点位移为 H 时,物体离开地面一段距离 h,则在此过程中 （ ）A.拉弹簧的力对弹簧做功为 mgH B.拉弹簧的力对弹簧做功为 mgh+ 2kmg)(C.物体增加的重力势能为 mgH- kmg2)(D.弹簧增加的弹性势能为 mg(H-h)【答案】BC 5.如图甲所示，将一质量为 5kg的重物静置在电梯内的压力传感器上，电梯由静止开始运动，重物对传感器的压力 F随时间 t变化的图像如图乙所示，已知重力加速度 210m/sg，则在 0 4s这段时间内，重物的机械能减小量为A.80J 6B.640JC.5 D.【答案】C 6.如图所示，卷扬
11、机的绳索通过定滑轮用力 F 拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动.在移动过程中，下列说法正确的是A木箱克服重力所做的功等于木箱增加的重力势能BF 对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和CF 做的功与木箱克服摩擦力所做的功之和等于木箱增加的动能DF 对木箱做的功与重力所做的功之和等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和【答案】AD 【解析】由功能关系知 A 正确。由动能定理有 ,故 ，B 错误； ，C 错误； ，D 正确。【题组二】能量守恒定律的应用1如图所示，一质量均匀、不可伸长的绳索，重为 G， A、 B 两端固定在天花板上，现在最低点 C 处施加一竖直向下的力
12、，将最低点缓慢拉至 D 点，在此过程中，绳的重心位置( )A逐渐升高 B逐渐降低C先降低后升高 D始终不变【答案】A 【解析】外力对绳索做正功绳索的机械能增加，由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果，故 A 正确2.小球由地面竖直上抛，上升的最大高度为 H，设所受阻力大小恒定，地面为零势能面。在上升至离地高7度 h 处，小球的动能是势能的 2 倍，在下落至离高度 h 处，小球的势能是动能的 2 倍，则 h 等于（）（A） H/9 （B）2 H/9 （C）3 H/9 （D）4 H/9【答案】D 3.如图所示，一个粗细均匀的 U 形管内装有同种液体，液体质量为 m.在
13、管口右端用盖板 A 密闭，两边液面高度差为 h，U 形管内液体的总长度为 4h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )A. mgh B. mgh116 18C. mgh D mgh14 12【答案】A 【解析】去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能如图所示，最终状态可等效为右侧 h 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减12少的重力势能，则 Q mg h mgh，故 A 正确18 12 11684.一质量为 m 的小球以初动能 Eko从地面竖直向上抛出，已知上升过程中受到阻
14、力作用，图中两条图线分别表示小球在上升过程中动能、重力势能中的某一个与其上升高度之间的关系（以地面为零势能面，h 表示上升的最大高度，图中坐标数据中的 k 值为常数且满足 0v1)滑上传送带，最后滑块返回传送带的右端关于这一过程，下列判断正确的有( )A滑块返回传送带右端的速率不可能为 v1 B此过程中传送带对滑块做功为 mv mv12 21 12 2C此过程中电动机对传送带做功为 2mv21D此过程中滑块与传送带间摩擦产生的热量为 m(v1 v2)212【答案】BD 【解析】滑块先在摩擦力作用下向左减速运动,速度由 v2减小到 0,再在摩擦力作用下向右加速运动,由于v2v1,速度先增加到后与
15、传送带间无相对运动而摩擦力消失,之后再以速度 v1匀速运动到传送带右端,A 错误.由动能定理知此过程中传送带对滑块所做功等于滑块动能变化量,B 正确.由功能关系可知,此过程中滑块与传送带间摩擦产生的热量等于摩擦力与相对路程的乘积,以传送带为参考系,滑块以初速度 v2+v1向左匀减速运动,加速度 ga,故摩擦产生的热量为 ,D 正确.由能量守恒,此10过程中电动机对传送带所做功等于摩擦产生的热量与滑块获得的动能:.C 错误.【题組三】变力做功（二）1.如图是某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置当太阳光照射到小车上方的光电板，光电板中产生的电流经电动机带动小车前进若射到小车上方的光电板，光
16、电板中产生的电流经电动机带动小车前进若小车在平直的水泥路上从静止开始加速行驶，经过时间t前进距离s，速度达到最大值v m，设这一过程中电动机的功率恒为P，小车所受阻力恒为F，那么（ ）A这段时间内小车先加速运动，然后匀速运动B这段时间内阻力所做的功为 PtC这段时间内合力做的功为 21mvD这段时间内电动机所做的功为 2Fs【答案】C 2.一根质量为 m、长为 L 的均匀链条一半放在光滑的水平桌面上，另一半悬在桌边，桌面足够高，如图所示，约束链条的挡板光滑，现将链条由静止释放，当整根链条刚离开桌面时，重力所做功为 。【答案】 83mgL113.一质量为 m 的小球用长为 l 的轻绳悬挂于 O
17、点，小球在水平力作用下，从平衡位置 P 点缓慢地移动，当悬线偏离竖直方向 角时，水平力大小为 F，如图 2 所示，则水平力所做的功为 ( ) A mglcos B FlsinC mgl(1cos ) D Flcos【答案】C 【解析】小球在缓慢移动的过程中，动能不变，重力势能增加，由功能关系可知，小球机械能的增加量等于除重力外其它力所做的功。而除重力外，绳的拉力不做功、只有水平力 F 做功，故水平力 F 所做功等于小球机械能增量即重力势能的增量： WFE P mgl(1cos )，C 正确题型方法指导：当物体或系统的能量变化是由某一力做功引起时，可以通过计算过程中物体或系统的能量变化来获得该力
18、所做功。.如图所示，半径为 R 的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高，质量为 m 的质点自轨道端点 P 由静止开始滑下，滑到最低点 Q 时，对轨道的正压力为 2mg，重力加速度大小为 g。质点自 P 滑到 Q 的过程中，克服摩擦力所做的功为A. mgR41B. gR31C. mgR21D. gR4【答案】C12.在足球赛中，红队球员在白队禁区附近主罚定位球，将球从球门右上角擦着横梁进入球门，如图所示，球门高度为 h，足球飞入球门的速度为 v，足球的质量为 m，则红队球员将足球踢出时对足球所做的功 W 为（不计空气阻力） （ ）A mv2 B mgh C mgh+ mv212 12D因为球被踢
19、入球门过程中的运动曲线的形状不确定，所以做功的大小无法确定【答案】C【解析】功能关系知队员对足球所做功等于足球获得的机械能，不考虑空气阻力，足球在运动中只受到重力作用，机械能守恒，故等于足球飞入球门时的机械能，正确.如图，木板可绕固定的水平轴 O 转动板从水平位置 OA 缓慢转到 OB 位置，木板上的物块始终相对于木板静止，在这一过程中，物块的重力势能增加了 2J。用 N 表示物块受到的支持力，用 f 表示物块受到的静摩擦力。在这一过程中，以下判断正确的是( )AN 和 f 对物块都不做功BN 对物块做功为 2J，f 对物块不做功CN 对物块不做功，f 对物块做功为 2JDN 和 f 对物块所做的总功为 2J【答案】BD ABO13
