2018版 第2章 第3节　能量守恒定律 第4节　能源与可持续发展.doc

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第3节能量守恒定律

第4节能源与可持续发展

学习目标

知识脉络

1.理解机械能守恒定律的内容、条件、公式，会应用机械能守恒定律解决实际问题．(重点、难点)

2．知道能量守恒定律，能应用能量守恒定律分析能的转化现象．(重点)

3．了解能量转化和转移的方向性，了解能源开发和可持续发展的意义．

4．知道热力学第二定律，了解热机效率问题.

机械能守恒定律

eq\o([先填空])

1．机械能

物体的动能和势能之和叫机械能．

2．机械能守恒定律

(1)内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能与势能可以发生相互转化，但机械能的总量保持不变．

(2)适用条件：只有重力做功．

(3)表达式：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([再判断])

1．合力为零，物体的机械能一定守恒．(×)

2．合力做功为零，物体的机械能一定守恒．(×)

3．只有重力做功，物体的机械能一定守恒．(√)

eq\o([后思考])

如图2-3-1所示，大型的过山车在轨道上翻转而过．过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略轨道和空气阻力，机械能是否守恒？

图2-3-1

【提示】动能减少，重力势能增加，忽略轨道和空气阻力，过山车机械能守恒．

eq\o([合作探讨])

探讨1：请同学想一想，小桶如图2-3-2由静止释放，返回来会不会碰到额头？

图2-3-2

【提示】不会．因机械能守恒，摆回时的高度不会超过原来的高度．

探讨2：质量为m的小球，以速度v斜向上抛离高为H的桌面．如图2-3-3，经过A点时所具有的机械能是多少？(以桌面为零势能面，不计空气阻力)

图2-3-3

【提示】以桌面为零势能面，小球在抛出点的机械能为eq\f(1,2)mv2，由于机械能守恒，故在A点的机械能为eq\f(1,2)mv2.

eq\o([核心点击])

1．机械能守恒的判断

(1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒．

(2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式能的转化，则系统机械能守恒．

2．表达式及特点

表达式

特点

Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末

(从不同状态看)即初状态的机械能等于末状态的机械能

Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp

(从转化角度看)即过程中动能的增加量等于势能的减少量

EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB

(从转移角度看)即系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能

3．应用机械能守恒定律解题的一般步骤

(1)正确选取研究对象(物体或系统)，确定研究过程；

(2)进行受力分析，考查守恒条件；

(3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能；

(4)运用守恒定律，列出方程求解．

1．在物体自由下落的过程中，下列说法正确的是()

【导学号

A．动能增大，势能减小，机械能增大

B．动能减小，势能增大，机械能不变

C．动能增大，势能减小，机械能不变

D．动能不变，势能减小，机械能减小

【解析】在自由下落过程中，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能不断减小，动能不断增大，选项C正确．

【答案】C

2．一个质量为m的滑块，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，当滑块从斜面底端滑到高为h的地方时，以斜面底端为参考平面，滑块的机械能是()

A.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) B．mgh

C.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh D.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgh

【解析】在整个过程中，只有重力做功，机械能守恒，总量都是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，因在高度h处，速度可能不为零，所以B项错误；C、D也错误．

【答案】A

3.如图2-3-4所示，质量m＝70kg的运动员以10m/s的速度，从高h＝10m的滑雪场上A点沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不计，以B点所在的水平面为参考平面，g取10m/s2，求：

【导学号

图2-3-4

(1)运动员在A点时的机械能；

(2)运动员到达最低点B时的速度大小；

(3)若运动员继续沿斜坡向上运动，他能到达的最大高度．

【解析】(1)EA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh＝10500J.

(2)由机械能守恒得

eq\f(1,2)mveq\o\al(