2． 能量守恒定律

⑴能量守恒定律是貫穿整個物理學(xué)的基本規(guī)律之一,是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線。

　⑵要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能,發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.　

⑶滑動摩擦力與相對距離的乘積在數(shù)值上等于系產(chǎn)生的內(nèi)能、即Q=FL_相

注意:(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等

　 (2)某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。這也是我們列能量守恒表達式時的兩條基本思路。

1．功與能

能是狀態(tài)量，功是過程量。不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。如舉重運動員把重物舉起來,對重物做了功這一過程中,運動員通過做功消耗了體內(nèi)的化學(xué)能,轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能.并且,運動員做了多少功,就有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢能。能量的具體值往往無多大意義,我們關(guān)心的大多是能量的變化量,能量的變化必須通過做功才能實現(xiàn),某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系。

3.能源和能量耗散

　(1)能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ).人類利用能源大致經(jīng)歷了三個時期,即　　　，　　　　

　　　　。

　(2)能量耗散:燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去,它就不會　　　起來供人類重新利用;電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,它又通過燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能,熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能,我們也無法把這些內(nèi)能　　起來　　　　這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。

[問題探究]

[問題1]歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為什么？

結(jié)論：這種“永動機”違反了能量守恒定律。

[問題2]如何理解能理守恒？

結(jié)論：能量守恒應(yīng)從以下兩方面去理解：(1)某種形式的能減少，一定存在其它形式的能增加，且減少量和增加量一定相等；(2)某個物體的能量減少，一定存在其它物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。這也是我們列能量守恒表達式時的兩條基本思路。

[問題3]什么是能量耗散？能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？

結(jié)論：熱和光被其它物質(zhì)吸收之后變成環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量耗散。能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用了。能量耗散遵循能量守恒定律，但能量耗散是一種不可逆的過程，對環(huán)境保護和能源開發(fā)都是一種衡量尺度和標準。能源的利用受方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的。

[典型例題]

［例1］一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿　　 斜面運動了一段距離。若已知在這過程中，拉力F所做的功的大小(絕對值)為A，斜面對滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為G，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達時，小滑塊的動能的改變(指末態(tài)動能減去初態(tài)動能)等于多少？，滑塊的重力勢能的改變等于多少？滑塊機械能(指動能與重力勢能之和)的改變等于多少？

[解析]根據(jù)動能定理，動能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負功的有空氣阻力，斜面對滑塊的作用力的功(因彈力不做功，實際上為摩擦阻力的功)，因此ΔE_k=A - B+C - D；

根據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系，重力勢能的減少等于重力做的功，因此ΔE_p= - C；

滑塊機械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE = A – B – D

例2：如圖2所示，傳送帶以1m/s 的速度水平勻速運動，砂斗以20kg/s的流量向皮帶上裝砂子，為了保持傳遞速率不變，驅(qū)動皮帶的電動機因此要增加功率為(　　 )

A．10W　　 B．20W　　

C．30W　　 D．40W

[解析]每秒流到皮帶上的砂子獲得的動能為　 ∆E_K =

砂子到達速度v之前，相對皮帶向后滑動，每秒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的機械能為：

　　　　 Q =

而

所以Q =

因此增加的功率為：

[答案]B

[說明]分析清楚有多少種形式的能量增加是解此題的關(guān)鍵

例3、如圖3所示，一個質(zhì)量為1kg的物體，受到一個與路面保持平行的力F的作用，沿著路徑abc跨過一座小山，物體通過全程的速率保持恒定，物體與路面的摩擦力為2.6N，山頂高度為10m，山坡傾角為30⁰。則力F把物體從a運到c所做的總功為多少？

[解析]由三角形知識可知，ab=bc=20m

由平衡條件可得：

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。

則從a到c力F做功：

[答案]104J

[說明]就全過程來說，力F是變力，摩擦力f也是變力。但由于其大小在每一段不變，且方向始終與速度平行，故所做的功可求出。本題也可先計算摩擦力的功，然后由動能定理來計算力F所做的功。

[規(guī)律總結(jié)]

2、知道能源和能量耗散

[學(xué)習(xí)重點]能量守恒定律

[知識要點]

1能量

　(1)概念.一個物體能夠?qū)ν?u>　　 ,我們就說這個物體具有　　　　 　。如:運動的物體可以推動與其接觸的另一個物體一起向前運動,對被推動的物體做功,說明運動的物體具有能量。又如流動的河水、被舉高的重物、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體……都能對外做功.因此都具有能量。

　(2)形式：能量有各種不同的形式。運動的物體具有　　　　 ;被舉高的重物具有　 　　　　;發(fā)生彈性形變的物體具有　　　　　　 ;由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)具有　　　　　 。另外自然界中還存在化學(xué)能、電能、光能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。

　不同的能與物體的不同運動形式相對應(yīng),如機械能對應(yīng)　　　　　　 ;內(nèi)能與大量微觀粒子的　　　 相對應(yīng)

　(3)能量的轉(zhuǎn)化：各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,而且在轉(zhuǎn)化過程中　　 保持不變。也就是說當(dāng)某個物體的能量　　 時,一定存在其他物體的能量　　 且減少量一定　 增加量;當(dāng)　　 　　　　　的能量減少時,一定存在其他形式的能量增加,且減少量一定　　　 增加量。

　(4)功是能量轉(zhuǎn)化的量度

　不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的　　　　　　　　　 的過程。且做了多少功,就有　　 能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的　　　　 。

　　2能量守恒定律

(1)內(nèi)容:能量既不會　　　 ，也不會　　　 ,它只會從一種形式　　　 為其地形式,或者從一個物體　　 另一個物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中.能量的總量　　　　　 ,這個規(guī)律叫做能量守恒定律.

(2)定律的表達式：① 　　　　　　　 ②　　　　　　　　　　

1、理解能量守恒定律

7.10　 能量守恒定律與能源

[學(xué)習(xí)目標]

3．試用重心的知識解釋為什么現(xiàn)在優(yōu)秀跳高運動員都采用“背越式”技術(shù)。

2．建筑工人為了檢驗所砌的墻體是否豎直，常用帶重錘的細線來檢驗，這是什么道理?

1．“孤掌難鳴”說明一個什么道理?

14.自然界最基本的相互作用是引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用.常見的重力是萬有引力在地球附近的表現(xiàn)，常見的彈力、摩擦力是由以下什么作用引起的(　　 )

A.引力相互作用　　 B.電磁相互作用　　 C.強相互作用　　 D.弱相互作用

[物理與生活]