第十节　能量守恒定律与能源
课标定位
学习目标：1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律确定的两类重要事实．
2．能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题．
3．了解能量耗散，知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识．
重点难点：对能量守恒定律的理解及应用．

核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第十节
课前自主学案
课前自主学案
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，它只能从一种形式____为另一种形式，或者从一个物体____到别的物体，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________与____．
转化
转移
能量的总量
永动机
相互联系
转化
3．机械能守恒定律与能量守恒定律的关系
机械能守恒定律是普遍的____________的特种背景下一种特殊表现形式．
二、能源和能量消散
1．能量耗散
燃料燃烧时把自己的热量释放出去，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成____和____，热和光被其他物体吸收之后变成周围环境的____，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用．
能量守恒定律
内能
光能
内能
2．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________，但在可利用的品质上____了，从便于利用的变成__________的了．
3．能量转化的方向性与节约能源的必要性
________反映了能量转化的宏观过程具有方向性，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，所以自然界的能量虽然____，但还是很有必要节约能源．
并未减少
降低
不便于利用
能量耗散
守恒
核心要点突破
一、对功与能关系的理解
1．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．
2．不同形式的能量变化与不同的功对应
能量的转化必须通过做功才能实现，某种力做功往往与某一具体形式的能量变化相联系，即功能关系．
常见的力做功与能量转化的对应关系如下(即功能关系)
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．一质量为1 kg的物体被人用手以2 m/s的速度竖直向上匀速提升1 m，则下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)
A．物体上升过程中机械能守恒
B．物体的机械能增加10 J
C．合外力对物体做功2 J
D．物体克服重力做功2 J
解析：选B.物体匀速上升，动能不变，重力势能增加，机械能增加，A错；由力的平衡条件可知手对物体的力大小等于10 N，故手对物体做功10 J，机械能增加10 J，B对；合外力做功为零，C错；重力做功为－10 J，即人克服重力做功10 J，D错．
二、能量守恒定律
1．定律表达式：E初＝E终；ΔE增＝ΔE减．
2．对定律的进一步理解
(1)该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．
(2)要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移．
(3)滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即Q＝Fl相．
特别提醒：某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量一定和增加量相等．
3．用能量守恒定律解题的基本步骤
(1)分清有多少种形式的能(如机械能、内能、电能等)在变化．
(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．
(3)列式求解
用能量观点去分析、解决物理问题，往往具有简便、适用范围广等优点．同学们要逐步养成用能量的观点分析、解决问题的素养．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．(2011年眉山高一检测)如图7－10－1所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是(　　)
A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小
B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变
C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加
D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变
解析：选B.由能量转化和守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确．
课堂互动讲练
(2011年浙江宁波高一检测)试说明下列现象中能量是怎样转化的．
(1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止．
(2)电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来．
(3)火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小．
(4)用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处．
【思路点拨】　物体间发生能量转移时，能量的形式不变；而发生能量的转化时，能量的形式要发生变化．在确定能量的转化时，可以从消耗什么能，得到什么能进行比较来确定．
【精讲精析】　(1)在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止．这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能．
(2)电风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能．
(3)火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，机械能转化为内能．
(4)用柴油机带动发电机发电，化学能转化为机械能，又转化为电能；发电机发电后供给电动水泵抽水，电流做功，电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处，水泵对水做功，使水泵的机械能传递给水．
【答案】　见精讲精析
【方法总结】　一种形式的能量减少时，一定有另外形式的能量增加，一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增加，不管能量如何转移和转化，能量的总和保持不变．
变式训练1　(2011年厦门市高一检测)自由摆动的秋千幅度越来越小，直至最后停止摆动，对于该过程，下列说法正确的是(　　)
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．减少的机械能转化为内能
D．只有动能和势能相互转化
解析：选C.在秋千摆动过程中，空气阻力做功，机械能减少，转化为内能，但能量不会消失，C正确．
某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面．如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
【思路点拨】　在本题研究的过程中，气流动能的10%转化为电能，即在时间Δt内吹到风车上气流的动能的10%转化为电能．
【答案】　3.4 kW
【方法总结】　建构一个气流圆柱体模型是关键，只有处于这个圆柱体内的空气在Δt内才能作用于风车上，电能就是这些气流的动能转化而来的．
变式训练2　一水电站，水流的落差为20 m，水流冲击水轮发电机后，水流能20%转化为电能，若发电机的功率200 kW，则每分钟流下的水量是________m3(g取10 m/s2)．
解析：设每分钟水的流量为Q，
则在1分钟内流下的水的质量m＝ Qρ①
在1分钟内流下的水减少的重力势能
ΔEp＝mgh＝Qρgh②
答案：300
(2011年辽宁联考)如图7－10－2所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B，正好不从木板上掉下，已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时木板对地位移为x，求这一过程中：
图7－10－2
(1)木板增加的动能；
(2)小铁块减少的动能；
(3)系统机械能的减少量；
(4)系统产生的热量．
【思路点拨】　在此过程中摩擦力做功的情况是：A和B所受摩擦力分别为F1、F2，且F1＝F2＝μmg，A在F1的作用下做匀减速运动，B在F2的作用下做匀加速运动；当A滑动到B的右端时，A、B达到相同的速度v，正好不掉下．
【答案】　见自主解答
【方法总结】　通过本题可以看出摩擦力做功可从以下两个方面理解：
(1)相互作用的静摩擦力，如果一个力做正功，另一个力一定做负功，并且量值相等，即一对静摩擦力做功不会产生热量．
(2)相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和一定为负值，即一对滑动摩擦力做功的结果总是使系统的机械能减少，减少的机械能转化为内能：Q＝F滑·s相，其中s相必须是两个接触面相对滑动的距离(或相对路程)．
变式训练3　(2010年高考山东理综卷)如图7－10－3所示，倾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平．用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面)，在此过程中(　　)
图7－10－3