版块14 内能的利用 专题14-3 能量守恒定律 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题14-3 能量守恒定律 知识·解读 一、能量守恒定律内容 能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一 个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 二、能量守恒定律的理解 1、不同形式的能量之间可以相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等． (2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生热”机械能转化为内能，“电炉取 热”电能转化为内能等． 2、能量守恒定律及意义 (1)各种不同形式的能之间相互转化时保持总量不变． (2)意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19 世纪自然科学的三大 发现之一． 3．永动机是不可能制成的 (1)不消耗能量能源源不断地对外做功的机器，叫永动机，其前景是诱人的．但因为永动 机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败． (2)永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律． 典例·解读 类型一、能量的转化 例1、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．对于这 一过程，下列说法中正确的是( ) ．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能 B．子弹减少的动能等于木块增加的动能 ．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 第 1 页 / 共 9 页 【答】D 【解析】射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动能，同时产 生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．，B 项没有考虑到系统增加的 内能，项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能．故正确答为D 例2、现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光．则这款鞋发光 的原理，从能量转化的角度分析正确的是( ) 机械能转化为电能，再转化为光能 B 电能转化为机械能，再转化为光能 机械能转化为光能，再转化为电能 D 光能转化为机械能，再转化为电能 【答】 【解析】鞋子里有一个小型的发电机，走路时，机械能转化为电能，电能再转化为小灯泡的光能，使 小灯泡发光．故选 类型二：能量守恒定律 例3、(多选)关于能量和能量守恒，下列表述正确的是( ) ．能量可以从一种形式转化为另一种形式 B．能量可以从一个物体转移到另一个物体 ．能量是守恒的，所以能源永不枯竭 D．满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行 E．永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律 【答】BE 【解析】根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一 个物体，、B 正确；能量与能源不同，能量是守恒的，但随着能量的耗散，能量可以利用的 品质会下降，故依然要节约能源，错误；自然界的宏观热现象的过程都有方向性，满足能量 守恒定律的物理过程不一定能自发进行，D 错误；永动机不可能制成是因为它违背了能量守 恒定律，E 正确。 例4、空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 的功，同时空气的内能增加了 15×105 ，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 第 2 页 / 共 9 页 【答】5×104 【解析】选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝＋Q 由题意可知＝2×105 ，ΔU＝15×105 ，代入上式得 Q＝ΔU－＝15×105 －2×105 ＝－5×104 即空气向外传递的热量为5×104 培优·训练 一、选择题 1、自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( ) ．机械能守恒 B．能量正在消失 ．只有动能和重力势能的相互转化 D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒 2、汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( ) ．汽车的机械能守恒 B．汽车的动能和势能相互转化 ．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少 D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒 3、如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定 的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是( ) ．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能 ．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D．子弹动能的一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机 械能 4、如图所示，直立容器内部被隔板隔开的，B 两部分气体，的密度小，B 的密度大，加热 气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为 ΔU，则( ) ．ΔU＝Q B．ΔU<Q ．ΔU>Q D．无法比较 5、关于内能的变化，以下说法正确的是( ) ．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少 ．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功， 内能可能不变 6、（多选）一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜 第 3 页 / 共 9 页 面组成的系统( ) ．机械能守恒 B．总能量守恒 ．机械能和内能增加 D．机械能减少，内能增加 7、根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（ ） 、出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进 B、电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止 、两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面 D、孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年 8、水煎包是一种特色名吃，其特色在于兼得水煮油煎之妙，色泽金黄，一面焦脆，三面 嫩软，皮薄馅大，香而不腻。在水煎包的制作过程中，以下说法全部正确的是（ ） ①水煎包“香气四溢”，说明分子在不停地做无规则运动 ②水煎包能被煎成金黄色，是因为油的沸点比水的沸点低 ③木柴燃烧时将化学能转化为内能 ④往热锅内倒入水会产生大量的“白气”，“白气”是水汽化形成的 ⑤锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，此时水蒸气的内能转化为锅盖的机械能 、①③⑤ B、①②⑤ 、①④⑤ D、②③④ 9、从能量转化的角度来看，下列说法错误 的是（ ） 、电风扇工作时主要将电能转化为机械能 B、铅蓄电池充电时化学能转化为电能 、发电机工作时主要将机械能转化为电能 D、电热水壶工作时电能转化为内能 10、如图是太阳能汽车在平直公路上匀速行驶的情形,若不计空气阻力对汽车的影响,则下 列说法正确的是（ ） 、汽车的重力和地面对汽车的支持力是相互作用力 B、汽车受到两对平衡力的作用 、由于速度大,所以惯性大,使得汽车急刹车不能立即停止 D、太阳能汽车行驶时是将太阳能直接转化成机械能 11、如图所示实验或事例，属于内能转化为机械能的是（ ） 、由滑梯上滑下，臀部会有灼热感 B、搓手取暖 、钻木取火 D、水蒸汽将软木塞冲出 第 4 页 / 共 9 页 二、填空题 1、如图所示，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验．若斜 面粗糙程度相同，则将同一木块分别从两斜面底端匀速拉 至斜面顶端时，拉力所做的额外功甲______乙， 若甲乙斜面 光滑，则拉力F 甲_____F 乙． 将木块分别从两光滑斜面顶 端自由释放，则木块到达斜面底端的速度υ 甲______υ 乙． 2、如图所示为一种人们设想中的永动机，高处的水流下落________能转化为______ __能，冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将 水抽到高处，从而循环工作， 这种永动机不能够永远工作下去，因为它违背了________． 3、目前中科院与清华联合研制出世界首台自主运动可变形液态金属机器，世界科学 界为之震撼．液态金属机器（液态合金）可通过“摄入”一些物质燃料，实 现高速、高效的长时运动，实现了化学能向________能的转化．液态金属机 器能在各种结构槽道中蜿蜒前行，遇到拐弯时则略有停顿，好似略作思索后 继续行进，在拐弯时液态金属机器受________（平衡力/非平衡力）作用．在 物质燃料耗尽后，液态金属机器由于具有________仍然可以继续向前运动一段距离． 4、（1）伽利略认为，如果图示中的斜面是光滑的，那么 当小球从左侧某一高度向下运动时，无论右侧斜面坡度 如何，小球都会沿斜面上升到相同的高度。这是因为小 球在这一运动过程中，能的总量是的__________。 （2）众所周知，内能会从温度高的物体转移到温度低的物体，但不可能自动地从温度 低的物体转移到温度高的物体；由于摩擦总会有一些机械能转化为内能散失到空气中， 但散失到空气中的内能不可能自动地再转化为机械能。这是因为能量的转化或转移具有 __________。 5、利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车。如图所 示为“并联混合动力型汽车”的原理图，这种汽车在制动减速 时，电动机的飞轮与汽车轮子摩擦，电动机作为发电机使用， 把动能转化成了_______能，实现了对电池的充电，混合动力型 汽车节约了汽油，减少了尾气排放，是节约能源的一种可行的 办法。 6、 由于地球和月球、太阳相互产生的能量，一日两次，日称潮， 夜称汐．世界上潮汐能蕴藏量为10 亿k，我国为11 亿k．我 国东南沿海某海湾经测量面积为10×107m2 时，涨潮时水深为20m，此时关上水坝 闸门，可使水位保持20m 不变，退潮时，坝外水位降至18m．假如利用此水坝建成 第 5 页 / 共 9 页 潮沙水力发电站，水的势能变为电能的效率是10%，每天有2 次涨潮，问该电站一天 能发的电能是____________焦？（g=10/kg） 第 6 页 / 共 9 页 专题14-3 能量守恒定律 例1、【答】D 【解析】射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动 能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．，B 项 没有考虑到系统增加的内能，项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的 内能．故正确答为D 例2、【答】 【解析】鞋子里有一个小型的发电机，走路时，机械能转化为电能，电能再转化为小灯泡 的光能，使小灯泡发光．故选 例3、【答】BE 【解析】根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体 转移到另一个物体，、B 正确；能量与能源不同，能量是守恒的，但随着能量的 耗散，能量可以利用的品质会下降，故依然要节约能源，错误；自然界的宏观热 现象的过程都有方向性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发进行，D 错 误；永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，E 正确。 例4、【答】5×104 【解析】选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝＋Q 由题意可知＝2×105 ，ΔU＝15×105 ，代入上式得 Q＝ΔU－＝15×105 －2×105 ＝－5×104 即空气向外传递的热量为5×104 培优·训练 一、选择题 1、D 解析 自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力做 的功，增加了内能． 2、 解析 汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内 第 7 页 / 共 9 页 能散发出去，汽车的总能量减少． 3、D 解析 子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能 另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能． 4、B 解析 因部分气体密度小，B 部分气体密度大，以整体气体为研究对象，开始时，气体的 重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的 重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q 有一部分增加气体的重力势能， 另一部分增加内能．故正确答为B 5、 解析 根据热力学第一定律，ΔU＝＋Q，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关， 物体吸收热量，内能也不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或 减少，错；物体对外做功，还有可能吸收热量、内能可能不变或增大，B 错、正确；放 出热量，同时对外做功，内能一定减少，D 错误． 6、BD 解析 物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能 量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变． 7、 8、 9、B 10、B 11、D 二、填空题 1、＞ ＜ = 2、重力势 动 能量守恒定律 3、机械 非平衡力 惯性 4、守恒 方向性 5、电 6、4×1010 第 8 页 / 共 9 页 第 9 页 / 共 9 页