21机械能守恒定律文档格式.docx
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（2）定律的表达式：
E初=E终ΔE增=ΔE减。
（3）发现能量守恒定律的意义：
能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。
重点说明：
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。
在应用中，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.学生分析以下情况中的能量转化情况
课件展示各种图片，让学生认真观察，并说明各种装置能量的转化情况。
通过图片展示，让学生更加形象地感受能量的转化或转移过程。
图1图2图3图4
学生通过认真观察图片并回顾相关知识，归纳总结：
图1：
太阳能电站：
太阳能转化为电能。
图2：
内燃机车：
内能转化为机械能。
图3：
水电站：
机械能转化为电能。
图4：
水果电池：
化学能转化为电能。
教师提出问题：
既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？
（二）能源和能量耗散
教师：
引导学生阅读教材，让学生了解能量的利用受能量转化方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的。
了解能源对人类社会发展所起的作用；
人类在利用能源的同时也对环境造成了严重污染。
请同学们思考：
1.什么是能量耗散？
能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？
从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性理解能量的耗散。
2.我们为什么要节约能源呢？
学生阅读、讨论、回答，师生共同总结：
1.能量耗散：
流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散。
2.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
教师提出问题，学生分析，强化学生对能量转化的方向性、能量的耗散的理解，从而做到自发的节约能源。
1.草地上滚动的足球，逐渐慢下来，最后静止，足球不能主动从静止开始运动。
足球的机械能减少，转化成内能，内能不能自发地转化为机械能。
2.同学们围着火炉取暖，热量从高温的火炉转移到同学们身上，同学们却不能利用比自身温度低的物体取暖。
热能够自动地从高温的火炉向人体传输却不能从低温物体自发地向高温物体传输。
师生总结：
与热现象有关的能量转化过程是具有方向性的。
例如：
摩擦力做功的过程，要损耗机械能而产生热，产生的热不可能全部转化为机械能。
在其他的宏观过程中也是如此，例如：
两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。
通过实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象。
所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源。
阅读教材，举例说明自然界能量转化过程的方向性，如：
冰箱制冷、瀑布中水的机械能转化、喷出的香水、松弛后的发条等。
学生交流：
自然现象的变化也具有类似的不可逆性，例如沙漠化的土地不会自发地再变为绿洲。
因此人类不仅要珍惜能源和资源，还要自觉地保护自然。
阅读材料：
课件展示阅读材料，让学生了解能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾和问题是生活在地球上每一个人的职责。
常规能源
1.能源：
凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。
2.常规能源：
人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源。
3.常规能源的储藏是有限的。
4.常规能源的大量消耗带来了环境问题。
（1）温室效应：
温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的。
石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。
（2）酸雨：
大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨。
煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。
（3）光化学烟雾：
氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾，主要成分是臭氧。
另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染。
常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质，使生态受到破坏。
绿色能源的开发和利用
常规能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。
绿色能源：
在释放能量或能量转化过程中对环境不造成污染的能源叫绿色能源。
人类可开发和利用的绿色能源主要有下列几种：
1.风能
2.水流（河流、潮汐）能
3.太阳能
4.氢能源
5.反物质能
大自然赐给人类的绿色能源储量丰富，只要我们科学开发、合理利用，必将对人类作出前所未有的贡献。
课堂小结
新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题。
本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论，这是一个质疑的范例，它引导我们考虑能量转化和转移的方向性。
从物理学的角度研究宏观过程的方向性，在现阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会一下就可以了。
摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为机械功。
四、课堂练习
1．下列燃料中不属于化石燃料的是（）。
A．煤B．木柴C．石油D．天然气
答案：
B
2．下列关于对能的转化和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
ABC
3．利用下列哪种能源时，给人类带来的污染较小（）。
A．煤B．石油C．天然气D．核能
D
4．下列关于能量转化的说法中正确的是（）。
A．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能
B．电流通过电阻丝使电能转化为内能
C．内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程
D．做功的过程是能量转化的过程，做了10J功，就有10J能量发生转化
ABCD
5．一小物体以50J的初动能滑上斜面，当动能为25J时，机械能减少2J，则当物体滑回原出发点时动能=J。
42
6．AB是竖直平面内的四分之一圆弧轨道，在下端B与水平直轨道相切，如图所示。
一小球自A点起由静止开始沿轨道下滑。
已知圆轨道半径为R，小球的质量为m，不计各处摩擦。
求：
（1）小球运动到B点时的动能；
（2）小球下滑到距水平轨道的高度为R/2时的速度大小和方向：
（3）小球经过圆弧轨道的B点和水平轨道的C点时，所受轨道支持力NB、NC各是多大？
（1）Ek=mgR
（2） v=
速度方向沿圆弧的切线向下，与竖直方向成30°
（3）NB=3mgNC=mg
五、布置作业
1.教材P82问题与练习第1、2题。
2.设想有一间房间，与外界没有热量交换，完全绝热。
房间里有一台电冰箱在工作，如果电冰箱的门是开着的，那么，房间里的温度会变化吗？
认真讨论一下，形成书面材料，与同学们交流。
教案B
理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。
通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。
三、情感、态度与价值观
感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。
能量守恒定律的内容。
理解能量守恒定律的确切含义。
课时安排
1课时。
一、新课导入
现实生活的经验告诉我们，各种形式的能量是可以相互转化的。
在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能；
通过电流的导线变热，电能转化成内能；
燃料燃烧生热，化学能转化成内能；
灼热的灯丝发光，内能转化成光能。
实验证明，在这些转化过程中，能量都是守恒的。
（一）能量守恒规律
1.科学家对能量守恒的探索
对于能量守恒，科学家进行了长期的探索：
1801年，戴维发现了电流的化学效应；
1820年，奥斯特发现了电流的磁效应；
1821年，塞贝克发现了温差电现象；
1831年，法拉第发现了电磁感应现象；
1840年，焦耳发现了电流的热效应；
1842年，迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值；
1843年，焦耳测定了热功当量的数值。
从而，确立了电化学、电和磁、电和热、力和热等自然现象之间的联系。
1847年，亥姆霍兹在理论上概括和总结了能量守恒定律。
发现能量守恒定律的历史表明，能量守恒定律的发现不是偶然的，它是人类对自然认识发展到一定阶段的产物；
除了物理学外，别的学科对能量守恒定律的发现也有贡献。
2.能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
这个规律叫做能量守恒定律。
能量守恒定律是经过人类的长期探索在19世纪确立的。
恩格斯曾经把这一定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪连同细胞学说、达尔文的生物进化论在内的自然科学的三大发现之一。
能量守恒定律自建立以来，就是人们认识自然、改造自然的有力武器。
这个定律把广泛的自然科学技术领域联系起来使不同领域的科学工作者具有了一系列的共同语言，并取得了许多重大成就。
现在，能量守恒定律仍然是我们研究自然科学的强有力的武器之一。
教师学生阅读教材P81“思考与讨论”，讨论问题：
这一问题值得讨论。
其实，节约能源主要是出于以下两方面的考虑：
1.能源短缺
在近二三百年以来，人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械，使生产力得到了飞速发展。
但是，能源的消耗也急剧增长。
研究人员估计，按照目前的石油开采和消耗速度，地球上的石油储藏将在百年内用尽；
煤的储量稍多一些，但也将在二百多年的时间内采完。
可以想象，如果没有了石油和煤炭，汽车、飞机、轮船和铁路上的内燃机车都不能开动，火力发电厂将停止发电，人类的社会生活将会瘫痪。
2.能量耗散
宏观过程具有一定的方向性，例如：
两种气体放在一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。
在能量的转化和转移过程中也是如此，例如：
摩擦力做功的过程，要损耗机械能而产生热，产生的热不可能全部用来做机械功；
热量只能自发地从高温物体传给低温物体，而不可能从低温物体传向高温物体又不产生其他影响；
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集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，我们也无法把这些内能收集起来重新利用。
这些实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量的总量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人类直接利用的能量在逐渐减少，这就是能量耗散现象。
所以。
能量虽然守恒，但我们还要节约能源。
三、实例探究
例1试说明下列现象中能量是怎样转化的：
A.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。
B.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。
C.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。
D.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。
提示：
从能量的种类和做功情况加以分析。
解析：
这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能。
B.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。
C.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。
D.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。
感悟：
做功的过程就是能量转化或转移的过程。
各种能量可以相互转化，而在转化过程中，能量的总量则保持不变。
例2一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示。
现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点。
在此过程中，绳的重心位置（）。
A.逐渐升高B.逐渐降低
C.先降低后升高D.始终不变
从外力做功引起绳索重力势能的变化进行分析。
外力对绳索做功，绳索的机械能增加。
由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果。
正确选项为A。
本题绳索重心的具体位置很难确定，且往往会错误地认为：
外力将绳索向下拉，绳索的重心会逐渐降低。
这里，我们应用功能原理，对问题作出了正确的判断。
例3约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·
维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。
维尔金斯认为：
如果在斜坡底放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。
在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，而且竟在德国取得了专利权！
请你分析一下，维尔金斯“永动机”能实现吗？
运用能量守恒定律进行分析。
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。
小球上升过程中，磁场力对小球做正功，使小球增加了机械能；
但小球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消。
可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以维尔金斯“永动机”不可能实现。
点悟：
能量守恒定律告诉我们：
任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，那种不消耗能量的所谓“永动机”是不可能造成的。
人类利用自然，必须遵循自然规律，而不是去研制永远无法实现的“永动机”。
例4随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。
上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案将站台抬高了一些，与站台连接的轨道有一个小的坡度。
请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点。
从能量转化的角度分析如何提高能量的利用率。
列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能加以储存，减少了因刹车而损耗的机械能；
列车出站时，利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能的作用，从而提高了能量的利用率。
节约能源是涉及社会可持续发展的重大问题，应该引起人们的极大关注。
上海“明珠线”某轻轨车站的上述设计方案，正是从节约能源的角度提出的。
这里，我们看到了物理规律与实际生活的密切联系及其发挥的重要作用。
四、作业
教材P82问题与练习第1-3题。
第七章测试题
一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。
在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。
全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。
）
1．如图所示，a、b、c三个相同的小球，a从光滑斜面顶端由静止开始自由下滑，同时b、c从同一高度分别开始自由下落和平抛。
下列说法正确的有（）。
A.它们同时到达同一水平面
B.从释放到落地的过程中重力对它们做的功相同
C.它们的末动能相同
D.落地时三个球的重力的瞬时功率相同
2．一物体静止在升降机的地板上，在升降机加速上升的过程中，地板对物体的支持力所做的功等于（）。
A．物体重力势能的增加量
B．物体动能的增加量
C．物体动能的增加量加上物体重力势能的增加量
D．物体动能的增加量加上克服重力所做的功
3．某中等体重的中学生进行体能训练时，用100s的时间登上20m的高楼，估测他登楼时的平均功率，最接近的数值是（）。
A．10W B．100W C．1KWD．10KW
4．如图所示，一辆玩具小车静止在光滑的水平导轨上，一个小球用细绳悬挂在车上，由图中位置无初速释放，则小球在下摆过程中，下列说法正确的是（）。
A．绳对车的拉力对车做正功
B．绳的拉力对小球做正功
C．小球所受的合力对小球不做功
D．绳的拉力对小球做负功
5．如图所示，站在汽车上的人用手推车的力为F，脚对车向后的静摩擦力为F′，下列说法正确的是（）。
A．当车匀速运动时，F和F′所做的总功为零
B．当车加速运动时，F和F′的总功为负功
C．当车加速运动时，F和F′的总功为正功
D．不管车做何种运动，F和F′的总功都为零
6.有一个质量为m，边长为a的正方体与地面之间的动摩擦因数μ=0.3，可以将它翻倒或向前匀速平推距离a，则（ ）。
A.将它翻倒比平推前进做功少 B.将它翻倒比平推前进做功多
C.两种情况做功一样多 D.翻倒时不做功
7.关于运动物体所受的合外力、合外力做功和动能变化的关系，下列说法正确的是（）。
A.如果物体所受的合外力为零，那么，合外力对物体做的功一定为零
B.如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零
C.物体在合外力作用下做变速运动，动能一定变化
D.物体的动能不变，所受的合外力必定为零
8．如图所示，一滑块从半圆形光滑轨道上端由静止滑下，当滑到最低点时，关于滑块动能大小和它对轨道最低点的压力，下列叙述中正确的是（）。
A.轨道半径越大，滑块动能越大，对轨道压力越大
B轨道半径越大，滑块动能越大，对轨道压力越小
C.轨道半径越大，滑块动能越大，对轨道压力与半径无关
D.轨道半径变化，滑块动能和对轨道压力都不变
9．如图所示，长为2Ｌ的轻杆上端及其正中央固定两个质量均为m的小球，杆竖直立在光滑的水平面上，杆原来静止，现让其自由倒下，设杆在倒下过程中着地端始终不离开地面，则A着地时的速度为（）。
A.
B.
C.
D.
10．一个小物块从斜面底端冲上足够长的斜面后，返回到斜面底端。
已知小物块的
初动能为E，它返回斜面底端的速度大小为v，克服摩擦阻力做功为E/2。
若小物块冲上斜面的初动能变为2E，则有（）。
A．返回斜面底端时的动能为EB．返回斜面底端时的动能为3E/2
C．返回斜面底端时的速度大小为2vD．返回斜面底端时的速度大小为
二、填空题（本题共12分，每题6分。
把答案填在题中的横线上。
11．一人坐在雪橇上，从静止开始沿着高度为15m的斜坡滑下，到达底部时速度为10m/s。
人和雪橇的总质量为60kg，下滑过程中克服阻力做的功等于 J。
12．一列火车由机车牵引沿水平轨道行使，经过时间t，其速度由0增大到v。
已知列车总质量为M，机车功率P保持不变，列车所受阻力f为恒力。
这段时间内列车通过的路程。
三、计算题（本大题共4小题，共48分。
计算题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。
有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．（12分）如图所示，长为l的细线下系一质量为m的小球，线上端固定在O点，小球可以在竖直面内摆动，不计空气阻力，当小球从摆角为θ的位置由静止运动到最低点的过程中，求：
（1）重力对小球做的功
（2）小球到最低点时的速度为多大？
（3）小球在最低点时，细线对小球的拉力
14．（10分）如图所示，mA=4kg，mB=1kg，A与桌面间的动摩擦因数μ=0.2，B
与地面间的距离s=0.8m，A、B原来静止，求：
（1）B落到地面时的速度为多大？
（2）B落地后，A在桌面上能继续滑行多远才能静止下来？
（g取10m/s2）
15.（12分）一种氢气燃料的汽车，质量为
=2.0×
103kg，发动机的额定输出功率为80kW，行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍。
若汽车从静止开始先匀加速启动，加速度的大小为
=1.0m/s2。
达到额定输出功率后，汽车保持功率不变又加速行驶了800m，直到获得最大速度后才匀速行驶。
试求：
（1）汽车的最大行驶速度；
（2）当速度为5m/s时，汽车牵引力的瞬时功率；
（3）当汽车的速度为32m/s时的加速度；
（4）汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间。
16．（14分）某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究。
他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过处理转化为v-t图像，如图所示（除2s-10s时间段图像为曲线外，其余时间段图像均为直线）。
已知在小车运动的过程中，2s-14s时间段内小车的功率保持不变，在14s末停止遥控而让小车自由滑行，小车的质量为1.0kg，可认为在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变。
（1）小车所受到的阻力大小；
（2）小车匀速行驶阶段的功率；
（3）小车在加速运动过程中位移的大小。
参考答案
一、选择题
1.BC2.CD3.B4.AD5.AC6.A7.A8.C9.D10.B
二、填空题
11.6000J12.
三、计算题
13
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