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【新步步高】2014-2015学年高一物理人教版必修2课时作业:第七章 第10节能量守恒定律与能源 Word版含解析


第十节

能量守恒定律与能源

1.能量守恒定律 (1)导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是:确认了__________的不可能性和发 现 了各种____________之间的相互联系和转化. (2)内容: 能量既不会凭空________, 也不会凭空________, 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,能量的 总量____________,这就是能量守恒定律. 2.能源和能量耗散 (1)人类对能源的利用大致经历了三个时期, 即________时期、 ________时期、 ________ 时期.自工业革命以来,______和________成为人类的主要能源. (2)____________和____________已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题. (3)燃料燃烧时,一旦把自己的热量释放出去,就不会再次________聚集起来供人类重 新 利用.电池中的化学能转化为电能,电能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. (4)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____, 但在可利用的品质上________了, 从便于利用的变成________________的了. 这是能源 危机的深层次的含意, 也是“自然界的能量虽然守恒, 但还是要节约能源”的根本原因. (5)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____________.

【概念规律练】 知识点一 能量守恒定律 1.关于能量守恒定律,下列说法错误的是( ) A.能量能从一种形式转化为另一种形式,但不能从一个物体转移到另一物体 B.能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化 C.一个物体能量增加了,必然伴随着别的物体能量减少 D.能量守恒定律说明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失 2.下列说法正确的是( ) A.随着科技的发展,永动机是可以制成的 B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消 失了 C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的 D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明 能量可以凭空产生 3.历史上曾有许多人试图发明一种机器,它可以不消耗能量而连续不断地对外做功, 或 者消耗少量能量而做大量的功. 如图 1 所示为一种永动机的设计模型. 人们把这种设想 中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机. 这样的机器能制造出来吗?请你谈谈你的看 法.

图1

知识点二 能量耗散 4.关于“能量耗散”的下列说法中,正确的是( ) A.能量在转化过程中,有一部分能量转化为内能,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 B.能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散 C.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,能量的数量并未减 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的了,而自然界的能量 是守恒的 D.能量耗散表明,各种能量在不转化时是守恒的,但在转化时是不守恒的 5.下列说法正确的是( ) A.某种形式的能减少,一定存在其他形式能的增加 B.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能的 C.能量耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上并未减少,但在可利用的品质 上降低了 D.能源的利用受能量耗散的制约,所以能源的利用是有条件的,也是有代价的 【方法技巧练】 应用能量守恒定律解题的方法 6.水从 20m 高处落下,如果水的重力势能的 20%用来使水的温度升高,则水落下后的 温度将升高多少?(g 取 10m/s2)

7.某地平均风速为 5m/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 12m 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?

1.关于功和能,下列说法中正确的是( ) A.功和能的单位相同,物理意义也相同 B.物体未对外做功,这个物体就不具有能量 C.物体对外做功多,这个物体具有的能量就多 D.功和能不能相互转化,是不同的两个物理量 2.有关功和能,下列说法正确的是( ) A.力对物体做了多少功,物体就具有多少能 B.物体具有多少能,就一定能做多少功 C.物体做了多少功,就有多少能量消失 D.能量从一种形式转化为另一种形式时,可以用功来量度能量转化的多少 3.下列关于能量守恒定律的认识正确的是( ) A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加 B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成 D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了 4.有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度.他的办法是:关好房间的门窗然后打 开 冰箱的所有门让冰箱运转,且不考虑房间内外热量的传递,则开机后,室内的温度将 ( ) A.逐渐有所升高 B.保持不变 C.开机时降低,停机时又升高 D.开机时升高,停机时降低 5.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的火 焰; 降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流.上述 不同现象中所包含的相同的物理过程是( ) A.物体克服阻力做功 B.物体的动能转化为其他形式的能量 C.物体的势能转化为其他形式的能量 D.物体的机械能转化为其他形式的能量 6.

图2 一质量均匀且不可伸长的绳索,重为 G,A、B 两端固定在天花板上,如图 2 所示.今 在最低点 C 施加一竖直向下的力将绳缓慢拉至 D 点,在此过程中,绳索 AB 的重心位 置 ( ) A.逐渐升高 C.先降低后升高 7.如图 3 所示, B.逐渐降低 D.始终不变

图3

轻质弹簧长为 L,竖直固定在地面上,质量为 m 的小球,在离地面高度为 H 处,由静 止 开始下落,正好落在弹簧上,使弹簧的最大压缩量为 x.在下落过程中,小球受到的空气 阻力为 F 阻,则弹簧在最短时具有的弹性势能为( ) A.(mg-F 阻)(H-L+x) B.mg(H-L+x)-F 阻(H-L) C.mgH-F 阻(H-L) D.mg(L-x)+F 阻(H-L+x) 8.如图 4 所示,

图4 在抗洪救灾中,一架直升机通过绳索用恒力 F 竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱, 使 其由水面开始加速上升到某一高度, 若考虑空气阻力而不考虑空气浮力, 则在此过程中, 以下说法正确的有( ) A.力 F 所做的功减去克服阻力所做的功等于木箱重力势能的增量 B.木箱克服重力所做的功等于木箱重力势能的增量 C.力 F、重力、阻力三者的合力所做的功等于木箱动能的增量 D.力 F 和阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量 9.

图5 如图 5 所示,一块长木板 B 放在光滑的水平面上,在 B 上放一物体 A,现以恒定的外 力 拉 B,由于 A、B 间摩擦力的作用,A 将在 B 上滑动,以地面为参照物,A、B 都向前 移动一段距离.在此过程中( ) A.外力 F 做的功等于 A 和 B 动能的增量 B.B 对 A 的摩擦力所做的功,等于 A 的动能增量 C.A 对 B 的摩擦力所做的功,等于 B 对 A 的摩擦力所做的功 D.外力 F 对 B 做的功等于 B 的动能的增量与 B 克服摩擦力所做的功之和 10.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出.关于这 一过程,下列说法正确的是( ) A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量 C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和 D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和 11.水平传送带以速度 v 匀速转动,

图6 一质量为 m 的小木块 A 由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带间的动摩擦因数为 μ, 如图 6 所示,在小木块与传送带相对静止时,转化为内能的能量为( 1 1 A.mv2 B.2mv2 C. mv2 D. mv2 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题 )

10

11

号 答 案 12. 图7 如图 7 所示,在光滑的水平面上,有一质量为 M 的长木块以一定的初速度向右匀速运 动, 将质量为 m 的小铁块无初速度地轻放到木块右端.小铁块与木块间的动摩擦因数为 μ, 当小铁块在木块上相对木块滑动 L 时与木块保持相对静止,此时长木块对地位移为 l. 求 这个过程中: (1)小铁块增加的动能;

(2)木块减少的动能;

(3)系统机械能的减少量;

(4)系统产生的热量.

第 10 节

能量守恒定律与能源

课前预习练 1.(1)永动机 自然现象 (2)产生 消失 转化 转移 保持不变 2.(1)柴薪 煤炭 石油 煤 石油 (2)能源短缺 环境恶化 (3)自动 (4)没有减少 降低 不便于利用 (5)方向性 课堂探究练 1.A [能量可以在不同物体之间转移也可以转化,但能的总量保持不变.] 2.C [永动机是指不消耗能量,而可以大量对外做功的装置,历史上曾出现过各式各 样的所谓永动机的发明,结果都以失败告终,原因就是违背了能量守恒定律.人类只能发现 规律、利用规律.违背规律行事,即使以后科技再发达,也要受自然规律的制约,所以永动 机是永远不可能制成的,A 错. 太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极小的一部分,就形成了风云雨雪,使万物生长, 但辐射到星际空间的能量也没有消失,一定是转化成了别的能量,B 错. 马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质 能,C 对. 所谓“全自动”手表其内部还是有能量转化装置的, 一般是一个摆锤, 当人戴着手表活 动时,使摆锤不停摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动,D 错.] 3.永动机是不可能制成的,因为它违背了能量守恒定律,机器只能转化能量,不能创 造和消灭能量.实验证明,一切永动机的设想和制造都以失败而告终. 4.AC 5.ACD [本题考查对能量守恒定律及能量耗散的理解,能量只能转化或转移,在转化 或转移过程中总量不变; 能量耗散表明能量在数量上并未减少, 只是在可利用的品质上降低 了.] - 6.9.5×10 3° C 解析 质量为 m 的水从高 h 处落下,使水的温度升高了 Δt,水的比热容为 c,由能量 - 守恒定律有:mgh×20%=cmΔt,代入数据,解得 Δt=9.5×10 3° C. 7.3.4kW 解析 在 Δt 时间内作用于风车的气流质量 m=πr2v·Δtρ 1 这些气流的动能为 mv2, 2 1 2 转变成的电能 E= mv ×10% 2 所以风车带动的发电机功率为 E 1 P= = πr2ρv3×10% Δt 2 代入数据得 P=3.4kW. 方法总结 用能量守恒定律解题的一般步骤 (1)首先分析系统的能量,弄清哪种形式的能量在增加,哪种形式的能量在减少. (2)分别列出减少的能量和增加的能量. (3)根据能量守恒定律列方程 ΔE 减=ΔE 增求解. 课后巩固练

1.D 2.D 3.ABC 4.A [压缩机电机有电流流过,会产生热量,即消耗电能,产生了内能,且房间与外 界没有能量交换,所以房内温度会升高,A 正确.] 5.AD [四个现象中物体运动过程中都受到阻力,汽车主要是制动阻力,流星、降落 伞是空气阻力,条形磁铁下落受磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A 对;四个物体运动 过程中,汽车是动能转化成了内能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的 能,总之是机械能转化为其他形式的能,D 对.] 点拨 本题考查综合分析能力, 从若干不同的现象中分析找出相同的规律, 正确分析理 解四种现象中的能量及能量间的相互转化是解决问题的关键. 6.A [当用力将绳上某点 C 拉到 D 时,外力在不断做功,而物体的动能不增加.因此 外力做的功必定转化为物体的重力势能.重力势能增加了,则说明物体的重心升高了,外力 不断地做功,重心就会不断地升高,正确选项为 A.] 点拨 重心位置不好判断, 可以从重力做功与重力势能的关系判断重力势能的变化从而 推出重心的位置变化. 7.A [设物体克服弹力做功为 W 弹,则对物体应用动能定理得(mg-F 阻)(H-L+x)-W 弹=ΔEk=0,所以,W 弹=(mg-F 阻)(H-L+x),即为弹簧在最短时具有的弹性势能.] 8.BCD [木箱运动过程中,有力 F、重力、阻力三个力对木箱做功,合力做功决定着 物体动能的改变量,C 正确;重力做功决定着重力势能的改变量,B 正确,A 错误;除重力 做功以外,其他力做功的代数和等于物体机械能的改变量,D 正确.] 9.BD [A 物体所受的合外力等于 B 对 A 的摩擦力,对 A 物体运用动能定理,则有 B 对 A 的摩擦力所做的功等于 A 的动能增量,即 B 对.A 对 B 的摩擦力与 B 对 A 的摩擦力是一对作用力与反作用力, 大小相等,方向相反,但是由于 A 在 B 上滑动,A、B 对地的位移不等,故二者做功不等, C 错.对 B 应用动能定理,WF-WFf=ΔEkB,即 WF=ΔEkB+WFf 就是外力 F 对 B 做的功, 等于 B 的动能增量与 B 克服摩擦力所做的功之和,D 对.由上述讨论知 B 克服摩擦力所做 的功与 A 的动能增量(等于 B 对 A 的摩擦力所做的功)不等,故 A 错.] 10.BD [由能量守恒定律可知对子弹来讲,减少的机械能一是用于增加木块动能,二 是用于增加木块和子弹的内能, D 对. 对子弹和木块来讲减少的机械能只用来增加它们的内 能,B 对,A、C 错.] v v 11. D [相对滑动时木块的加速度 a=μg, 从放上至相对静止所用时间 t= = .此过程 a μg v2 v v2 中传送带对地的位移 x1=vt= .木块对地位移为 x2= t= .摩擦力对木块做的功等于木块 μg 2 2μg 1 动能的增加,E1=W1=μmgx2= mv2.传送带克服摩擦力做的功 W2=μmgx1=mv2.此过程中传 2 送带克服摩擦力做功将传送带能量转化为木块的动能及内能,由能量守恒定律,内能为 ΔE 1 =W2-W1=μmg(x1-x2)= mv2,故 D 正确.] 2 12.见解析

解析 画出这一过程两物体的位移示意图,如图所示. 1 (1)小铁块与长木块相对静止时的速度为 v, 则根据动能定理有 μmg(l-L)= mv2-0, 其 2 中(l-L)为小铁块相对地面的位移,从上式可看出 ΔEkm=μmg(l-L). 说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增量. (2)摩擦力对长木块做负功,根据功能关系 ΔEkM=-μmgl,即木块减少的动能等于其克 服摩擦力做的功,为 μmgl.

(3)系统机械能的减少量等于木块减小的动能减去小铁块增加的动能 ΔE=μmgl-μmg(l -L)=μmgL (4)m、M 间相对滑动的位移为 L,根据能量守恒定律,知 Q=μmgL,即摩擦力对系统做的总 功等于系统产生的热量.


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