7.10 能量守恒定律与能源

7.10 能量守恒定律与能源（学案）

学习目标:理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散

学习重点: 1．能量守恒定律的内容．

2．应用能量守恒定律解决问题．

学习难点: 1．理解能量守恒定律的确切含义．

2．能量转化的方向性。

主要内容:

一、能量守恒定律（阅读课本第75页内容）

能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式．或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变．这个规律就是能量守恒定律

阅读材料：能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的，从16世纪到18世纪．经过伽利略、牛顿，惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真研究，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想，在这一时期已经萌发．18世纪末和19世纪初，各种自然现象之间联系相继被发现．伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说．把物体内能的变化与机械运动联系起来．1800年发明伏打电池之后不久，又发现了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象．这一时期，电流的化学效应也被发现，并被用来进行电镀．在生物学界，证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就，为建立能量守恒定律作了必要的准备．能量守恒定律的最后确定，是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成．德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的．1842年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念出发．表达了对能量转化和守恒思想，他分析了25种能量的转化和守恒现象，成为世界上最先阐述能量守恒思想的人．英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里．研究了电流的热效应，压缩空气的温度升高以及电、化学和机械作用之间的联系，做了400多次实验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础．在1847年，当焦耳宜布他的能量观点的时候，德国学者亥姆霍兹在柏林也宜读了同样课题的论文．在这篇论文里，他分析了化学能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机不可能制造成功联系起采，他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量．亥姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰、全面而且概括的论述，使这一定律为人们广泛接受．在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒地研究．他们从不同的角度出发，彼此独立地研究，却几乎同耐发现了这一伟大的定律．因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果．此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认．这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能．电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统：在转化和传递中总能量始终不变．恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一．(另两个发现是细胞学说，达尔文的生物

进化论)

二、能源和能量耗散

1、什么是能量耗散?

然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．

2、能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?

能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少．但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了．这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性

3、我们为什么要节约能源呢?

正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．节约能源同时开发可再生能源．

阅读材料：世界能源问题的解决途径是什么?能源，是人类敕以生存和进行生产的不可缺少的资源．近年来，随着生产力的发展和能源消费的增长．能源问题已被列为世界上研究的重大问题之一．解决世界能源问题的根本途径，主要有两个方面：其一是广泛开源，其二是认真节流．所谓开源，就是积极开发和利用各种能源．在继续加紧石油勘探和寻找新的石油产地的同时，积极开发丰富的煤炭资源，还要大力开发水能，生物能等常规能源，加强核能、太阳能，风能、沼气，海洋能，地热能以及其他各种新能源的研究和利用，从而不断扩大人类的能源资源的种类和来源．所谓节流，就是要大力提倡节约能源．节能是世界上许多国家关心和研究的重要课题，甚至有人把节能称为世界的“第五大能源”，与煤、石油和天然气、水能、核能等并列．在节能方面，在有计划地控制人口增长的同时，重点要发挥先进科学技术的优势，提高各国的能源利用效率．如果世界各国家和各地区都能改进各种用能设备，不断提高能源的质量标准和降低单位产品的能耗，加强科学管理，适当控制生活能源的合理使用，就能使能源更加有效地用于生产和生活之中，从而解决人类面临的能源问题．

机械能守恒定律的应用练习题

1．质量为m 的物体，从静止出发以g /2的加速度竖直下降h ，下列几种说法 ①物体的机械能增加了

21mg h ②物体的动能增加了21mg h ③物体的机械能减少了2

1mg h ④物体的重力势能减少了mg h 以上说法中正确的是( )

A ．①②③

B ．②③④

C ．①③④

D ．①②④

2． 质量为m 的滑块沿着高为h ，长为l 的粗糙斜面匀速下滑，在滑块从斜面顶端滑至底端的过程中，下列几种说法中：

①重力对滑块所做的功为mgh ②滑块的机械能守恒 ③滑块的重力势能减少了mgh ④滑块克服摩擦力所做的功为mgh

上述说法中正确的是( )

A ．①②③

B ．②③④

C ．①③④

D ．①②④

3．水平传送带以速度v 匀速传动，一质量为m 的小物块A 由静止轻放在传送带上，若小物块与传送带间的动摩擦因数为 ，如图所示，在小木块与传送带相对静止时，系统转化为内能的能量为( )

A ．mv 2

B ．2mv 2

C ．41mv 2

D ．2

1mv 2 4．三个质量相同的物体以相同大小的初速度v 0在同一水平面上分别进行竖直上抛、沿光滑斜面上滑和斜上抛．若不计空气阻力，它们所能达到的最大高度分别用H 1、H 2和H 3表示，则( )

A ．H 1＝H 2＝H 3

B ．H 1＝H 2＞H 3

C ．H 1＞H 2＞H 3

D ．H 1＞H 2＝H 3

5．如图所示，通过空间任意一点A 可作无数个斜面．如果

物体从A 点分别沿这些倾角各不相同的光滑斜面滑下，那么物

体在这些斜面上速率相同的点所构成的面是( )

A ．球面

B ．抛物面

C ．水平面

D ．不规则的曲面

6．质量为m 的小球在竖直平面内的圆环轨道内做圆周运动，如图所示．某时刻运动到最高点A ，受到轨道的弹力与其所受的重力相等；它继续运动

到最低点B 时，受到轨道的弹力是其重力的7倍．

①小球只能再通过最高点1次

②小球能通过最高点多次

③小球运动到某位置时，受到的弹力可能为零

④小球运动到任意位置时，受到的弹力都不为零

上述说法正确的是( )

A ．①③

B ．①④

C ．②③

D ．②④

7．功率为P ，质量为M 的汽车，下坡时关闭油门，则速度不变．若不关闭油门，且保持功率不变，则在时间t 内速度增大为原来的2倍，则汽车

的初速度为______．

8．质量为1 kg 的物体在水平面上滑行，且动能随位移变

化的情况如右图所示，取g ＝10 m/s 2，则物体滑行持续的时

间是______．

9．质量为m ＝2 kg 的物体，在水平面上以v 1＝6 m/s 的速

度匀速向西运动，若有一个F ＝8 N ，方向向北的恒力作用于物体，在t ＝2 s 内物体的动能增加了_____J ．

10．如图两物体质量分别为m和2m，滑轮的质量和摩擦都不计，开始时用手托住2m的物体，释放后，当2m的物体从静止开始下降h后的速度是多少?

11．如图所示，斜面倾角为θ，质量为m的滑块距挡板P为s，以初速度v沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于滑块重力沿斜面的分力，若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过的路程有多大？

12．如图所示，一固定的楔形木块，其斜面的倾角θ＝30°，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细绳跨过定滑轮，两端分别与物块A和B连接，A的质量为4m，B的质量为m，开始时将B按在地面上不动，然后放开手，让A沿斜面下滑而B上升，物块A与斜面间无摩擦，若A沿斜面下滑s距离后，细线突然断了．求物块B上升的最大高度H．