2． 能量守恒定律

⑴能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线。

　⑵要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.　

⑶滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能、即Q=FL_相

注意:(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等

　 (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。

1．功与能

能是状态量，功是过程量。不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程。且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度。如举重运动员把重物举起来,对重物做了功这一过程中,运动员通过做功消耗了体内的化学能,转化为重物的重力势能.并且,运动员做了多少功,就有多少化学能转化为重力势能。能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系。

3.能源和能量耗散

　(1)能源是人类社会活动的物质基础.人类利用能源大致经历了三个时期,即　　　，　　　　

　　　　。

　(2)能量耗散:燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,它就不会　　　起来供人类重新利用;电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们也无法把这些内能　　起来　　　　这种现象叫做能量的耗散。

[问题探究]

[问题1]历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？

结论：这种“永动机”违反了能量守恒定律。

[问题2]如何理解能理守恒？

结论：能量守恒应从以下两方面去理解：(1)某种形式的能减少，一定存在其它形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其它物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。

[问题3]什么是能量耗散？能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？

结论：热和光被其它物质吸收之后变成环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量耗散。能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用了。能量耗散遵循能量守恒定律，但能量耗散是一种不可逆的过程，对环境保护和能源开发都是一种衡量尺度和标准。能源的利用受方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。

[典型例题]

［例1］一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿　　 斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为G，空气阻力做功的大小为D。当用这些量表达时，小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于多少？，滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能(指动能与重力势能之和)的改变等于多少？

[解析]根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功(因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功)，因此ΔE_k=A - B+C - D；

根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔE_p= - C；

滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE = A – B – D

例2：如图2所示，传送带以1m/s 的速度水平匀速运动，砂斗以20kg/s的流量向皮带上装砂子，为了保持传递速率不变，驱动皮带的电动机因此要增加功率为(　　 )

A．10W　　 B．20W　　

C．30W　　 D．40W

[解析]每秒流到皮带上的砂子获得的动能为　 ∆E_K =

砂子到达速度v之前，相对皮带向后滑动，每秒转化为内能的机械能为：

　　　　 Q =

而

所以Q =

因此增加的功率为：

[答案]B

[说明]分析清楚有多少种形式的能量增加是解此题的关键

例3、如图3所示，一个质量为1kg的物体，受到一个与路面保持平行的力F的作用，沿着路径abc跨过一座小山，物体通过全程的速率保持恒定，物体与路面的摩擦力为2.6N，山顶高度为10m，山坡倾角为30⁰。则力F把物体从a运到c所做的总功为多少？

[解析]由三角形知识可知，ab=bc=20m

由平衡条件可得：

在ab段，F₁=mgsin30⁰+f = 7.5N,方向沿斜面向上。

在ab段，F₂=mgsin30⁰ - f = 2.3N,方向沿斜面向上。

则从a到c力F做功：

[答案]104J

[说明]就全过程来说，力F是变力，摩擦力f也是变力。但由于其大小在每一段不变，且方向始终与速度平行，故所做的功可求出。本题也可先计算摩擦力的功，然后由动能定理来计算力F所做的功。

[规律总结]

2、知道能源和能量耗散

[学习重点]能量守恒定律

[知识要点]

1能量

　(1)概念.一个物体能够对外　　 ,我们就说这个物体具有　　　　 　。如:运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量。又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对外做功.因此都具有能量。

　(2)形式：能量有各种不同的形式。运动的物体具有　　　　 ;被举高的重物具有　 　　　　;发生弹性形变的物体具有　　　　　　 ;由大量粒子构成的系统具有　　　　　 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。

　不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应　　　　　　 ;内能与大量微观粒子的　　　 相对应

　(3)能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中　　 保持不变。也就是说当某个物体的能量　　 时,一定存在其他物体的能量　　 且减少量一定　 增加量;当　　 　　　　　的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定　　　 增加量。

　(4)功是能量转化的量度

　不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的　　　　　　　　　 的过程。且做了多少功,就有　　 能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的　　　　 。

　　2能量守恒定律

(1)内容:能量既不会　　　 ，也不会　　　 ,它只会从一种形式　　　 为其地形式,或者从一个物体　　 另一个物体,而在转化和转移过程中.能量的总量　　　　　 ,这个规律叫做能量守恒定律.

(2)定律的表达式：① 　　　　　　　 ②　　　　　　　　　　

1、理解能量守恒定律

7.10　 能量守恒定律与能源

[学习目标]

3．试用重心的知识解释为什么现在优秀跳高运动员都采用“背越式”技术。

2．建筑工人为了检验所砌的墙体是否竖直，常用带重锤的细线来检验，这是什么道理?

1．“孤掌难鸣”说明一个什么道理?

14.自然界最基本的相互作用是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.常见的重力是万有引力在地球附近的表现，常见的弹力、摩擦力是由以下什么作用引起的(　　 )

A.引力相互作用　　 B.电磁相互作用　　 C.强相互作用　　 D.弱相互作用

[物理与生活]