（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 2.9 能量守恒定律學(xué)案.doc

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2.9　能量守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心凝煉 1.知道能量守恒定律的內(nèi)容。 1個(gè)定律——能量守恒定律 1個(gè)規(guī)律——功能關(guān)系 2.通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，領(lǐng)悟能量守恒定律的確切含義。 能量守恒定律 [觀圖助學(xué)] (1)如圖甲所示，是人們設(shè)計(jì)的一款永動機(jī)，這臺永動機(jī)能源源不斷的對外做功嗎？ (2)如圖乙所示，是我國的三峽水電站，水電站發(fā)電過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？能量轉(zhuǎn)化過程遵守什么規(guī)律？ 1.建立能量守恒定律的兩個(gè)重要事實(shí)： (1)確認(rèn)了永動機(jī)的不可能性。 (2)發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間能量的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。 2.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。 3.意義：能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)識自然的一次重大飛躍。它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)當(dāng)一個(gè)物體的能量減少時(shí)，一定有其他物體的能量增多。(√) (2)永動機(jī)是可能制成的。() (3)太陽能電池工作過程中把太陽能轉(zhuǎn)換為電能遵守能量守恒定律。(√) 　能量守恒定律的理解和應(yīng)用 [觀察探究] 2018年4月2日上午8時(shí)15分，“天宮一號”飛行器進(jìn)入大氣層，墜落區(qū)位于南太平洋中部區(qū)域，絕大部分器件在進(jìn)入大氣層過程中燒蝕銷毀。“天宮一號”飛行器進(jìn)入地球大氣層以后，由于它的高速下落，而與空氣發(fā)生劇烈摩擦，飛行器的表面溫度達(dá)到1 000攝氏度。 圖1 (1)“天宮一號”進(jìn)入大氣層后加速下落，“天宮一號”表面溫度逐漸升高，該過程動能和勢能怎么變化？機(jī)械能守恒嗎？ (2)“天宮一號”表面溫度越高，內(nèi)能越大。該過程中能量如何轉(zhuǎn)化？機(jī)械能和內(nèi)能的總量變化嗎？ 答案　(1)該過程“天宮一號”的動能增加，勢能減少，機(jī)械能不守恒。 (2)該過程中部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。根據(jù)能量守恒定律，機(jī)械能和內(nèi)能的總量不變。 [探究歸納]　 1.適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。 2.能量守恒定律的表達(dá)式 (1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末。 (2)從能的轉(zhuǎn)化角度看，ΔE增＝ΔE減。 (3)從能的轉(zhuǎn)移角度看，ΔEA增＝ΔEB減。 3.能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟 (1)明確研究對象和研究過程。 (2)找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量，明確哪些能量增加，哪些能量減少。 (3)列出增加量和減少量之間的守恒式。 [試題案例] [例1] (2018嘉興高一檢測)如圖2所示，一個(gè)粗細(xì)均勻的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)量為m。在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內(nèi)液體的總長度為4h，拿去蓋板，液體開始運(yùn)動，由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動，則該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為(　　) 圖2 A.mgh B.mgh C.mgh D.mgh 【思路點(diǎn)撥】　(1)管內(nèi)液體至最終停止運(yùn)動時(shí)兩端液面相平，液體的重力勢能減小。 (2)系統(tǒng)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的內(nèi)能。 解析　去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流動，最終兩側(cè)液面相平，液體的重力勢能減少，減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)h的液柱移到左側(cè)管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱減少的重力勢能，則Q＝mgh＝mgh，故A正確。 答案　A 運(yùn)用能量守恒定律解題的基本思路 [針對訓(xùn)練1] (多選)從光滑斜面上滾下的物體，最后停止在粗糙的水平面上，則 (　　) A.在斜面上滾動時(shí)，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 B.在斜面上滾動時(shí)，有部分勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C.在水平面上滾動時(shí)，總能量正在消失 D.在水平面上滾動時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒 解析　在斜面上滾動時(shí)，只有重力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化；在水平面上滾動時(shí)，有摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量是守恒的。 答案　AD 　功能關(guān)系的理解和應(yīng)用 [觀察探究] 雨滴在高空中形成由靜止下落的過程中，速度越來越大，空氣阻力也越來越大，由于空氣阻力的影響，最終會以恒定的速度勻速下降，我們把這個(gè)速度叫做收尾速度。在雨滴由靜止下落至達(dá)到收尾速度的過程中： 圖3 (1)重力做什么功？雨滴的重力勢能怎樣變化？ (2)合力做什么功？雨滴的動能怎樣變化？ (3)空氣阻力做什么功？雨滴的機(jī)械能怎樣變化？ 答案　(1)重力做正功，雨滴的重力勢能減少。 (2)合力做正功，雨滴的動能增加。 (3)空氣阻力做負(fù)功，雨滴的機(jī)械能減少。 [探究歸納]　 1.功能關(guān)系概述 (1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程。 (2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。 2.功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下表： 功 能量轉(zhuǎn)化 關(guān)系式 重力做功 重力勢能的改變 WG＝－ΔEp 彈力做功 彈性勢能的改變 WF＝－ΔEp 合力做功 動能的改變 W合＝ΔEk 除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功 機(jī)械能的改變 W＝ΔE機(jī) 兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功 內(nèi)能的改變 Ffx相對＝Q [試題案例] [例2] (2018青島高一檢測)(多選)一質(zhì)量為m的物體，在距地面高h(yuǎn)處以g的加速度由靜止豎直下落到地面，下列說法中正確的是(　　) A.物體的重力勢能減少mgh B.物體的機(jī)械能減少mgh C.物體的動能增加mgh D.物體的重力做的功為mgh 解析　物體從高h(yuǎn)處落到地面的過程中，重力做的功為mgh，重力勢能減少mgh，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；物體的加速度為g，故合外力為mg，合外力做的功為mgh，根據(jù)動能定理，物體的動能增加mgh，選項(xiàng)C正確；物體的重力勢能減少mgh，動能增加mgh，故機(jī)械能減少了mgh，選項(xiàng)B正確。 答案　BCD 應(yīng)用功能關(guān)系解題的關(guān)鍵是深刻理解不同功能關(guān)系的含義 (1)重力做功是物體重力勢能變化的原因，重力做多少功，重力勢能就減少多少； (2)彈力做功是彈簧彈性勢能變化的原因，彈力做多少功，彈性勢能就減少多少； (3)合力做功是物體動能變化的原因，合力做多少功，動能就增加多少； (4)除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做功是機(jī)械能變化的原因，其他力做多少功，機(jī)械能就增加多少。 [針對訓(xùn)練2] 如圖4所示，某段滑雪雪道傾角為30，總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運(yùn)動員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為g。在他從上向下滑到底端的過程中，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.運(yùn)動員減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 B.運(yùn)動員獲得的動能為mgh C.運(yùn)動員克服摩擦力做功為mgh D.下滑過程中系統(tǒng)減少的機(jī)械能為mgh 解析　運(yùn)動員的加速度為g，小于gsin 30，所以必受摩擦力的作用，且大小為 mg，克服摩擦力做功為mg＝mgh，故C錯(cuò)誤；摩擦力做功，機(jī)械能不守恒，減少的勢能沒有全部轉(zhuǎn)化為動能，而是有mgh轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤，D正確；由動能定理知，運(yùn)動員獲得的動能為mg＝mgh，故B錯(cuò)誤。 答案　D 1.(對能量守恒定律的理解)(多選)下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識正確的是(　　) A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加 B.某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加 C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)械——永動機(jī)不可能制成 D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了 解析　根據(jù)能量守恒定律可知，能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生。能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，A、B正確，D錯(cuò)誤；永動機(jī)違背了能量守恒定律，故它不可能制造出來，C正確。 答案　ABC 2.(能量守恒定律的應(yīng)用)(多選)行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是(　　) A.物體克服阻力做功 B.物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C.物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D.物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 解析　這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動過程中都受到阻力作用，汽車主要受摩擦阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確；四個(gè)物體的運(yùn)動過程中，汽車是動能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D正確，B、C錯(cuò)誤。 答案　AD 3.(功能關(guān)系的應(yīng)用)(多選)懸崖跳水是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的極限運(yùn)動，需要運(yùn)動員具有非凡的膽量和過硬的技術(shù)。跳水運(yùn)動員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動，設(shè)質(zhì)量為m的運(yùn)動員剛?cè)胨畷r(shí)的速度為v，水對他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降深度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?(　　) A.他的動能減少了(F－mg)h B.他的重力勢能減少了mgh－mv2 C.他的機(jī)械能減少了Fh D.他的機(jī)械能減少了mgh 解析　在進(jìn)入水中的過程中，由動能定理得mgh－Fh＝Ek′－Ek，所以動能的減少量為Ek－Ek′＝(F－mg)h，故A正確；重力勢能的減少量等于重力所做的功，即mgh，故B錯(cuò)誤；克服阻力所做的功等于機(jī)械能的減少量，即等于Fh，故C正確，D錯(cuò)誤。 答案　AC 合格性檢測 1.(2018煙臺高一檢測)一質(zhì)量均勻不可伸長的繩索，固定在A、B兩端，重為G，A、B兩端固定在天花板上，如圖1所示。今在最低點(diǎn)C施加一豎直向下的力，將繩索緩慢拉至D點(diǎn)，在此過程中，繩索AB的重心位置將(　　) 圖1 A.升高 B.降低 C.先降低后升高 D.始終不變 解析　物體的重心不一定在物體上，對于一些不規(guī)則的物體要確定重心是比較困難的，本題繩索的重心是不容易標(biāo)出的。因此，要確定重心的變化，只有通過其他途徑確定。當(dāng)用力將繩索緩慢地從C點(diǎn)拉到D點(diǎn)，外力在不斷地做功，而繩索的動能不增加，因此外力做功必定使繩索的重力勢能增加，故繩索的重心將升高。 答案　A 2.(多選)一根輕彈簧，上端固定，下端栓一個(gè)重物P，處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖2所示。現(xiàn)有外力把它緩慢向下拉一段距離，則以下說法正確的是(　　) 圖2 A.向下拉的某段過程中，重力勢能的減少量可能大于彈性勢能的增加量 B.向下拉的任一段過程中，重力勢能的減少量一定小于彈性勢能的增加量 C.撤去拉力，P在任一段運(yùn)動過程中，重力勢能的增加量一定等于彈性勢能的減少量 D.撤去拉力，P在某段運(yùn)動過程中，重力勢能的增加量可能等于彈性勢能的減少量 解析　向下拉的某段過程中，彈簧的拉力等于重力和外力的和，重力勢能的減少量一定小于彈性勢能的增加量，故A錯(cuò)誤，B正確；撤去拉力，P在運(yùn)動過程中，重力和彈簧的彈力做功，彈性勢能的減小量等于重力勢能的增加量和重物動能的增加量的和，故C錯(cuò)誤；重力和彈簧的彈力做功，彈性勢能的減小量等于重力勢能的增加量和重物動能的增加量的和，只有在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的時(shí)候，重力勢能的增加量可能等于彈性勢能的減小量，故D正確。 答案　BD 3.(2018大連高一檢測)如圖3所示是流星在夜空中發(fā)出明亮的光焰。此時(shí)會有人在內(nèi)心里許下一個(gè)美好的愿望。有些流星是外太空物體被地球強(qiáng)大引力吸引墜落到地面的過程中同空氣發(fā)生劇烈摩擦造成的。下列相關(guān)說法正確的是(　　) 圖3 A.流星同空氣摩擦?xí)r機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B.引力對流星做正功則其動能增加，機(jī)械能守恒 C.當(dāng)流星的速度方向與空氣阻力和重力的合力不在同一直線上時(shí)，流星做曲線運(yùn)動 D.流星物體進(jìn)入大氣層后做斜拋運(yùn)動 解析　流星同空氣摩擦?xí)r只有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A錯(cuò)誤；引力對流星做正功，除了重力之外還有其他力做功，機(jī)械能不守恒，B錯(cuò)誤；當(dāng)流星的速度方向與空氣阻力和重力的合力不在同一直線上時(shí)，流星做曲線運(yùn)動，C正確，D錯(cuò)誤。 答案　C 4.(2018溫州高一檢測)一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出。對于這一過程，下列說法正確的是(　　) A.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能 B.子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能的損失量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 C.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和 D.子彈減少的動能大于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和 解析　子彈射穿木塊的過程中，由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動能減少，木塊獲得動能，同時(shí)產(chǎn)生熱量，且系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在數(shù)值上等于系統(tǒng)機(jī)械能的損失，故A錯(cuò)誤，B正確；C選項(xiàng)應(yīng)考慮的是系統(tǒng)(子彈、木塊)內(nèi)能的增加，C錯(cuò)誤；子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和，D錯(cuò)誤。 答案　B 5.(多選)如圖4所示，高h(yuǎn)＝2 m的曲面固定不動。一個(gè)質(zhì)量為1 kg的物體，由靜止開始從曲面的頂點(diǎn)滑下，滑到底端時(shí)的速度大小為4 m/s。g取10 m/s2。在此過程中，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.物體克服摩擦力做功20 J B.物體的動能增加了8 J C.物體的重力勢能減少了20 J D.曲面對物體的支持力對物體不做功 解析　根據(jù)動能定理得mgh＋Wf＝mv2＝142 J＝8 J，B正確；其中重力做功WG＝mgh＝1102 J＝20 J，故重力勢能減少20 J，C正確；所以摩擦力做功Wf＝8 J－20 J＝－12 J，A錯(cuò)誤；支持力始終與物體的速度垂直，故支持力不做功，D正確。 答案　BCD 6.(2018濰坊高一檢測)如圖5所示，質(zhì)量為m的滑塊以一定初速度滑上傾角為θ的固定斜面，同時(shí)施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsin θ；已知滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝tan θ，取出發(fā)點(diǎn)為參考點(diǎn)，能正確描述滑塊運(yùn)動到最高點(diǎn)過程中產(chǎn)生的熱量Q、滑塊動能Ek、勢能Fp、機(jī)械能E隨時(shí)間t和位移x關(guān)系的是(　　) 圖5 解析　根據(jù)滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝tan θ可知，滑動摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsin θ，物體機(jī)械能保持不變，重力勢能隨位移x均勻增大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；產(chǎn)生的熱量Q＝Ffx，隨位移均勻增大，滑塊動能Ek隨位移x均勻減小，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。 答案　C 等級性檢測 7.(2017蘇州高一檢測)如圖6所示，光滑坡道頂端距水平面高度為h，質(zhì)量為m的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下，進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無機(jī)械能損失，為使A制動，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長線M處的墻上，另一端恰位于坡道的底端O點(diǎn)。已知在OM段，小物塊A與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，其余各處的摩擦不計(jì)，重力加速度為g。求： 圖6 (1)小物塊滑到O點(diǎn)時(shí)的速度； (2)輕彈簧在最大壓縮量d時(shí)的彈性勢能(設(shè)輕彈簧處于原長時(shí)彈性勢能為零)。 解析　(1)由機(jī)械能守恒定律得 mgh＝mv2，解得v＝。 (2)在水平滑道上小物塊A克服摩擦力所做的功為 W＝μmgd 由能量守恒定律得mv2＝Ep＋μmgd以上各式聯(lián)立得Ep＝mgh－μmgd。 答案　(1)　(2)mgh－μmgd 8.如圖7所示，傳送帶的速度是3 m/s，兩圓心的距離s＝4.5 m，現(xiàn)將m＝1 kg的小物體輕放在左輪正上方的傳送帶上，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動機(jī)帶動傳送帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求：(g取10 m/s2) 圖7 (1)小物體獲得的動能Ek； (2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q； (3)這一過程電動機(jī)多消耗的電能E。 解析　(1)設(shè)小物體與傳送帶達(dá)到共同速度時(shí)，物體相對地面的位移為x。 μmgx＝mv2，解得x＝3 m＜4.5 m， 即物體可與傳送帶達(dá)到共同速度，此時(shí) Ek＝mv2＝132 J＝4.5 J。 (2)由μmg＝ma得a＝1.5 m/s2，由v＝at得t＝2 s，則Q＝μmg(vt－x)＝0.15110(6－3) J＝4.5 J。 (3)由能量守恒知，E＝Ek＋Q＝4.5 J＋4.5 J＝9 J。 答案　(1)4.5 J 　(2)4.5 J　(3)9 J