能量守恒定律专题讲练
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高中物理-热力学第一定律能量守恒定律练习A级抓基础1.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱正常工作,过一段时间房间内的温度将( )A.降低B.升高C.不变D.无法确定解析:取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统,外界消耗电能,对系统做功,系统总内能增加.答案:B2.如图所示是密闭的气缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的( )A.温度升高,内能增加600 JB.温度升高,内能减少200 JC.温度降低,内能增加600 JD.温度降低,内能减少200 J解析:对一定质量的气体,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,ΔU=800 J +(-200 J)=600 J,ΔU为正表示内能增加了600 J,对气体来说,分子间距较大,分子势能为零,内能等于所有分子动能的和,内能增加,气体分子的平均动能增加,温度升高,选项A正确.答案:A3.在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负,下列说法中正确的是( )A.外界对物体做功时W为正,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为正B.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为负C.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正D.外界对物体做功时W为负,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为负解析:外界对物体做功时W为正,反之为负;吸热时Q为正,反之为负;内能增加时ΔU为正,反之为负.故C正确.答案:C4.(多选)一定质量的理想气体,如果体积膨胀,同时吸收热量,下列关于该气体内能变化的说法中正确的是( )A.如果气体对外做的功大于吸收的热量,气体内能将减少B.如果气体对外做的功小于吸收的热量,气体内能将减少C.如果气体对外做的功等于吸收的热量,气体内能将不变D.如果气体对外做的功等于吸收的热量,气体内能可能改变解析:体积膨胀,则气体的压力一定对外做功.W<0,吸收热量Q>0,所以气体内能的变化要比较二者的大小关系,由W+Q=ΔU可知A、C正确.答案:AC5.对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中,下列说法正确的是( )A.水的内能增加,对外界做功,一定是吸热B.水的内能不变,对外界做功,从外界吸热C.水的内能减少,对外界不做功,向外界放热D.水的内能增加,对外界做功,向外界放热解析:水变成水蒸气的过程是吸热的过程,又因气体膨胀对外界做功,分子间距增大,分子势能增加,由此判断可知A对.答案:A6.如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态 B.此过程中,气体压强p=1.0×105Pa,吸收的热量Q=7.0×102J,求此过程中气体内能的增量.解析:等压变化,V AT A=V BT B,对外做的功W=p(V B-V A).根据热力学第一定律ΔU=Q-W,解得ΔU=5.0×102 J.答案:5.0×102 JB级提能力7.如图所示,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间的相互作用,则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中,筒内空气体积减小,空气一定( )A.从外界吸热B.内能增大C.向外界放热D.内能减小解析:本题考查气体性质和热力学第一定律,由于不计气体分子之间的相互作用,且整个过程缓慢进行,所以可看成温度不变,即气体内能不变,选项B、D均错.热力学第一定律公式ΔU=W+Q,因为在这个过程中气体体积减小,外界对气体做了功,式中W取正号,ΔU=0,所以Q为负,即气体向外放热,故选项A错,C对.正确选项为 C.答案:C8.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁,此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )A.内能减小,吸收热量B.内能减小,外界对其做功C.内能增大,放出热量D.内能增大,对外界做功解析:因不计分子势能,所以瓶内空气内能由温度决定,内能随温度降低而减小.空气内能减小、外界对空气做功,根据热力学第一定律可知空气向外界放热.故A、C、D错误,B正确.答案:B9.(多选)如图所示,绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定,隔板质量不计,左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体).初始时,两室气体的温度相等,氢气的压强大于氧气的压强,松开固定栓直至系统重新达到平衡,下列说法中正确的是( )A .初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能B .系统重新达到平衡时,氢气的内能比初始时的小C .松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气D .松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氧气的内能先增大后减小解析:温度是分子平均动能的标志,A 错;松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氢气对氧气做功,由于隔板导热,最终温度相同,系统与外界无热交换,最终温度等于初始温度,B 错,C 、D 正确.答案:CD10.如图所示,倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体,轻质活塞可无摩擦地上下移动,活塞的横截面积为S ,活塞的下面吊着一个重为G 的物体,大气压强恒为p 0.起初环境的热力学温度为T 0时,活塞到汽缸底面的距离为L .当环境温度逐渐升高,导致活塞缓慢下降,该过程中活塞下降了0.1L ,汽缸中的气体吸收的热量为Q .求:(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU ;(2)最终的环境温度T .解析:(1)密封气体的压强p =p 0-GS 密封气体对外做功W =pS ×0.1L 由热力学第一定律ΔU =Q -W 得ΔU =Q -0.1p 0SL +0.1LG(2)该过程是等压变化,由盖—吕萨克定律有LS T 0=(L +0.1L )S T,解得T =1.1T 0答案:(1)Q-0.1p0SL+0.1LG(2)1.1T011.在1个标准大气压下,水在沸腾时, 1 g的水由液态变成同温度的水汽,其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热为 2 263.8 J/g.求:(1)体积膨胀时气体对外界做的功W;(2)气体吸收的热量Q;(3)气体增加的内能ΔU.解析:取1 g水为研究系统,1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量,同时由于体积膨胀,系统要对外做功,所以有ΔU<Q吸.(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功为:W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.(2)气体吸热为:Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J.(3)根据热力学第一定律,得ΔU=Q+W=2 263.8 J+(-169.7)J=2 094.1 J.答案:(1)169.7 J (2)2 263.8 J(3)2 094.1 J。
06讲功与能量守恒专题强化训练1.(2021·浙江省普陀中学高一阶段练习)质量为m的跳水运动员,从高出水面h的跳台上以某速度斜向上跳起,跳起高度离跳台为H,最后以速度v进入水中,不计空气阻力,则运动员起跳时所做的功为()A.mgH B.Mgh C.212mv mgh-D.212mv mgh+【答案】C【详解】A.从起跳到最高点,根据动能定理得212xW mgH mv-=解得W mgH>A错误;BCD.从起跳到入水,根据动能定理得212W mgh mv+=解得212W mv mgh=-C正确,BD错误。
故选C。
2.(2022·辽宁·北镇市满族高级中学高三阶段练习)如图所示,载有防疫物资的无人驾驶小车,从M点以恒定功率300W启动,经过15s到达N点,此时速度10m/s,此后以恒定速率运动到P点,小车从P点到Q点克服摩擦力做功2000J,在未到达Q点之前关闭发动机,最终恰好停在Q点。
已知小车总质量为20kg,MN PQ20m==,PQ段的倾角为30︒,重力加速度g取210m/s,不计空气阻力。
下列说法正确的有()A.从M到N,小车做匀加速直线运动,加速度大小为2 2m/s 3B.从M到N,小车受到的摩擦力大小为175NC.从P到Q,小车重力势能增加4000JD.从P到Q,小车发动机做功3000J【答案】BD【详解】A.从M到N,小车所受摩擦力大小不变,功率恒定,随速度增加,牵引力减小,小车所受合外力减小,不是做匀加速运动,故A错误;B.从M到N,由能量守恒定律可得212MNPt mv fs=+解得175Nf=故B 正确;C.从P 到Q,小车重力势能增加P Δsin 302000JPQ E mgh =︒=故C 错误;D.从P 到Q,由动能定理可得2f G 102W W W mv --=-解得小车发动机做功3000JW =故D 正确。
故选BD。
3.(2020·全国·高一课时练习)质量为m 的跳水运动员,从离水面高为h 的跳台上以速度1v 斜向上跳起,跳起后离跳台的最大高度为H,最后以速度2v 进入水中,若不计空气阻力,则运动员起跳时所做的功为()A.2212mv mgh -B.mgH mgh+C.2112mv mgh +D.2112mv 【答案】AD【详解】运动员起跳时所做的功等于运动员的初动能,即2112=W mv 对运动员从起跳到入水的过程中,根据动能定理有22211122mv mv mgh -=解得22121122=W mv mv mgh=-故AD 正确,BC 错误。
10.能量守恒定律与能源基础巩固1.关于能量和能源,下列说法正确的是()A.由于自然界的能量守恒,所以不需要节约能源B.在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造解析:自然界的总能量是守恒的,能量只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体,能量不可能被创造;在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少,能量转化具有方向性。
答案:B2.不同的物理现象往往反映出相同的物理规律。
如图所示的现象中在能量转化方面的共同点是()A.物体的机械能转化为其他形式的能量B.物体的动能全部转化为重力势能C.其他形式的能量转化为物体的机械能D.物体的重力势能转化为其他形式的能量解析:题图中几种现象的共同特点是物体的机械能转化为其他形式的能量,选项A正确。
答案:A3.下列现象属于能量耗散的是()A.利用水流能发电产生电能B.电能在灯泡中变成光能C.电池的化学能变成电能D.火炉把屋子烤暖解析:能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后,不能再被收集起来重新利用。
答案:D4.在体育比赛项目中,高台跳水是我国运动员的强项。
质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动,设水对他的阻力大小恒为F,那么在他减速下降高度为h的过程中,下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()A.他的动能减少了FhB.他的重力势能增加了mghC.他的机械能减少了(F-mg)hD.他的机械能减少了Fh解析:由动能定理,ΔE k=mgh-Fh,动能减少了Fh-mgh,选项A错误;他的重力势能减少了mgh,选项B 错误;他的机械能减少了ΔE=Fh,选项C错误,D正确。
答案:D5.(多选)某人将一静止在地面上的物体提到高空的过程中,重力做功W1,空气阻力做功W2,人对物体做功W3,取地面重力势能为零,则()A.物体的重力势能等于-W1B.物体的动能等于W3-W2-W1C.物体的动能等于W3+W2+W1D.物体的总机械能等于W3解析:根据功能关系,重力势能的变化等于重力做功的负值,选项A正确;物体动能的变化等于合外力做的总功,即ΔE k=W3+W2+W1,选项C正确,B错误;物体机械能的变化等于除去重力之外其他力做的功,即ΔE=W3+W2,选项D错误。
一、单选题(选择题)1. 如图,是某同学利用汽缸设计的汽车加速度传感器示意图,将汽缸水平固定在汽车上且开口向后,内壁光滑,用活塞封闭一定质量气体,通过活塞的移动判断汽车加速和减速的情况。
若汽缸和活塞均绝热,汽车由匀速变为加速前进,汽缸内气体()A.单位体积内的分子数变多B.分子的平均动能变大C.单位时间分子撞击活塞的次数减小D.内能变大2. 如图所示是某类潮汐发电示意图。
涨潮时开闸,水由通道进入海湾水库蓄水,待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲),落潮时,开闸放水发电(如图乙)。
设海湾水库面积为5.0×108 m2,平均潮差为3.0 m,一天涨落潮两次,发电机的平均能量转化效率为10%,则一天内发电的平均功率约为(ρ=1.0×103 kg/m3,g取海水10 m/s2)()A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW3. 在乘坐飞机时,密封包装的食品从地面上带到空中时包装袋会发生膨胀现象,在此过程中温度不变,把袋内气体视为理想气体,则以下说法正确的是()A.袋内空气分子的平均距离一定增大B.袋内空气分子的平均动能一定增大C.袋内空气压强一定增大D.袋内空气一定向外界放出热量4. 物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步,下列表述正确的是()A.牛顿发现了万有引力定律,并通过实验证实了万有引力定律B.能量耗散说明能量在不停地减少,能量不守恒C.相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用D.能量守恒说明人类不用担心能源的减少,不必节约能源5. 如图是斯特林循环的V-t图像。
一定质量的理想气体按图线从状态a经b、c和d后再回到a,图中ab、cd和横轴平行,bc和ad与纵轴平行。
下列说法不正确的是()A.从a到b,气体从外界吸收热量B.从b到c过程中气体对外界做的功,小于从d到a过程中外界对气体做的功C.从c到d,气体的压强减小,向外放热D.从d到a,单位体积内的气体分子数目增多6. 高空形成的冰雹加速下落,并有部分熔化,以下说法中不正确的是()A.只有重力做功,冰雹下落时机械能守恒B.冰雹的势能转化为冰雹的动能C.冰雹的内能增大D.冰雹的机械能不守恒7. 结合所给的图示,下列说法正确的是()A.铝罐温度计的刻度是均匀的,且疏密程度与大气压无关B.水不浸润与玻璃,水银浸润与玻璃C.第一类永动机是有可能制成的D.分子间作用力随分子间距离的变化,与弹簧被拉伸或被压缩时力的变化情况相似8. 下列说法正确的是()A.气体吸收了热量,其温度一定升高B.第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律C.对于确定的液体和确定材质的毛细管,管的内径越细,毛细现象越不明显D.晶体均有规则的几何形状9. 生活实例——光伏发电利用新能源的实际应用光伏产业是新能源产业的重要发展方向之一,光伏市场的发展对于优化我国能源结构、促进能源生产和消费革命、推动能源技术创新等方面都有重要的意义.如图所示,是某户居民楼顶平台安装的12块太阳能电池板.据楼主介绍,利用这些电池板收集太阳能发电,发电总功率可达3 kW,工作电压为380 V,设备使用年限在25年以上;发电总功率的30%供自家使用,还有富余发电以0.4元/度(1度=1 kW·h)价格并入国家电网.则下列说法可能正确的是()A.该光伏项目年发电量约为1.3×104 kW·hB.该光伏项目的工作总电流约为0.3 AC.该光伏项目平均每天的发电量大约可供一盏60 W的白炽灯工作125小时D.该光伏项目富余发电的年收入约为7 000元10. 下列关于热学的知识叙述正确的是()A.分子间的作用力表现为引力时,若分子间的距离增大,则分子力减小,分子势能增大B.对于一定种类的大量气体分子,在一定温度时,处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的C.我们可以利用高科技手段,将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化D.气体的状态变化时,若温度升高,则每个气体分子的平均动能增加11. 如图是密闭的汽缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的()A.温度升高,内能增加600 JB.温度升高,内能减少200 JC.温度降低,内能增加600 JD.温度降低,内能减少200 J12. 一定质量的理想气体沿如图所示的状态变化,ba的延长线过坐标原点,T=t+273K,下列说法中正确的是()A.由a至b,外界对气体不做功B.气体由c至a,不可能在绝热状态下进行C.D.气体由a经b至c吸收的热量等于气体由c至a释放的热量二、多选题(选择题)13. 如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中,和为等温过程,和为绝热过程。
《第3节能量守恒定律》同步训练(答案在后面)一、单项选择题(本大题有7小题,每小题4分,共28分)1、下列关于能量守恒定律的说法中,正确的是:A、能量不能被创造或消灭,只能从一种形式转化为另一种形式,总量保持不变。
B、能量守恒定律只适用于封闭系统。
C、能量守恒定律只适用于宏观物体,不适用于微观粒子。
D、能量守恒定律不适用于地球以外的宇宙。
2、一个物体从静止开始,沿着水平面滑行,由于摩擦力的作用,物体速度逐渐减小。
在这个过程中,以下说法正确的是:A、物体的动能减小,势能增大。
B、物体的动能减小,势能不变。
C、物体的动能增大,势能减小。
D、物体的动能不变,势能增大。
3、对于能量守恒定律的理解,下列说法正确的是()A、能量可以从一种形式转化为另一种形式,但总量会减少。
B、能量可以在不同物体之间转移,也可以从一种形式转化为另一种形式,但总量保持不变。
C、能量守恒定律只适用于机械能的转换。
D、能量可以在没有外界干预的情况下自行产生。
4、一个物体从高处自由下落,假设忽略空气阻力,以下哪一种量是守恒的()A、动能。
B、机械能。
C、动量。
D、速度。
5、在下列说法中,错误的是()A. 功能关系表达了做功与能量间相互转化的规律。
B. 能量转化表现在能量的数值发生变化,能量的形式发生变化。
C. 一个物体减少的机械能可以转化为其他形式能,但总量不变。
D. 能量守恒定律是自然界最普遍的基本规律之一。
6、一个物体进行匀速直线运动,下列说法正确的是()A. 物体的动能保持不变。
B. 物体的势能保持不变。
C. 物体的机械能保持不变。
D. 物体的动能和势能都保持不变。
7、一个物体从高处自由下落,在下落过程中:A、重力对物体做正功,物体的重力势能减小B、重力对物体做负功,物体的重力势能增加C、重力对物体做正功,物体的动能增加D、重力对物体做负功,物体的动能减少二、多项选择题(本大题有3小题,每小题6分,共18分)1、在一个理想化的封闭系统中,如果一个物体沿光滑斜面下滑并返回到起点,忽略空气阻力和摩擦,下列说法正确的是:A、物体的动能和重力势能在整个过程中守恒。
《能量守恒定律》练习
一、单选题
1、太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一,关于太阳能的利用,下列说法正确的是()
A.图甲中,绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B.图乙中,太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C.图丙中,太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D.图丁中,首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
2、如图所示是我区职业教育集团校使用的“风光互补”景观照明灯.它头顶“小风扇”,肩扛光电池板,腰挎照明灯,脚踩蓄电池.下列关于这种景观照明灯说法
①光电池板可将电能转化为光能;
②“小风扇”利用风力发电,将机械能转化为电能;
③蓄电池充电时,将电能转化为化学能;
④景观照明灯利用的太阳能和风能都属于可再生能源.
正确的有()
A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④
3、工人使用冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁,打出圆孔,如图所示,冲击钻在工作过程中,其能量转化关系是()。
第5讲机械能守恒定律能量守恒定律李仕才考试内容及要求知识内容学考要求2015。
10考题2016。
4考题2016.10考题2017.4考题2017.11考题2018.4考题2018。
6考题机械能守恒定律d8*******能量守恒定律与能源c54、20一、机械能守恒定律1.机械能(1)机械能:动能和势能的总和称为机械能,其中势能包括重力势能和弹性势能.(2)表达式:E=E k+E p。
2.机械能守恒定律(1)内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.(2)表达式:①错误!mv12+mgh1=错误!mv22+mgh2;②E k1+E p1=E k2+E p2。
3.机械能守恒的条件只有重力(或弹力)做功;只发生动能和势能的转化.4.机械能守恒的判断(1)利用机械能的定义判断:分析动能和势能的和是否变化.(2)用做功判断:若物体系统内只有重力(或弹力)做功,或有其他力做功,但其他力做功的代数和为零,则机械能守恒.(3)用能量转化来判断:若物体系统内只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统机械能守恒.例1(2018·嘉兴市第一中学期中测试)如图1所示,根据机械能守恒条件,下列说法正确的是( )图1A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空机械能守恒,若加速升空机械能不守恒B.乙图中物体沿着固定斜面匀速向上运动,机械能守恒C.丙图中小球做匀速圆周运动,机械能守恒D.丁图中,轻弹簧将A、B两小车弹开,两小车组成的系统(不包括弹簧)机械能守恒答案C解析题图甲中,不论是匀速还是加速,由于推力对火箭做功,火箭的机械能不守恒,是增加的,故A错误;物体沿着固定斜面匀速向上运动,动能不变,重力势能增加,则机械能必定增加,故B错误;小球在做圆锥摆运动的过程中,细线的拉力不做功,机械能守恒,故C正确;轻弹簧将A、B两小车弹开,弹簧的弹力对两小车做功,则两小车(不包括弹簧)组成的系统机械能不守恒,但对两小车和弹簧组成的系统机械能守恒,故D错误.例2 (2018·浙江6月学考·10)如图2所示,质量为m的小球,从距桌面h1高处的A点自由下落到地面上的B点,桌面离地高为h2,选择桌面为参考平面,则小球( )图2A.在A点时的重力势能为mg(h1+h2)B.在A点时的机械能为mg(h1+h2)C.在B点时的重力势能为0D.落到B点时的动能为mg(h1+h2)答案D解析以桌面为重力势能参考面,所以A点机械能(重力势能)为mgh1,选项A、B错误;在B点重力势能为-mgh2,选项C错误.在整个过程中小球机械能守恒,因此在B点的动能为mg(h1+h2),选项D正确.二、机械能守恒定律的应用1.在满足机械能守恒的条件下,无论物体做直线运动还是曲线运动,所受外力是恒力还是变力,均可列出相应的关系式,为解决曲线运动、变力问题提供了简捷、有效的方法.2.当有弹力做功时,弹性势能与动能、重力势能相互间发生转化.需要注意,涉及弹性势能的转化时研究对象是否包括弹簧.3.解决竖直面内圆周运动问题的注意点(1)竖直面内圆周运动一般为变速圆周运动.(2)确定物体的运动属于“绳模型"还是“杆模型”,充分利用其“约束"或“临界”条件.(3)一般只在最高点或最低点列出动力学方程.(4)运动过程中优先考虑机械能守恒定律或动能定理.例3(2018·余姚市第二学期期中)如图3所示,弯曲斜面与半径为R的竖直半圆组成光滑轨道,一个质量为m的小球从高度为4R 的A点由静止释放,经过半圆的最高点D后做平抛运动落在水平面的E点,忽略空气阻力(重力加速度为g),求:图3(1)小球在D点时的速度大小v D;(2)小球落地点E离半圆轨道最低点B的位移大小x;(3)小球经过半圆轨道的C点(C点与圆心O在同一水平面)时对轨道的压力大小.答案见解析解析(1)从A点到D点的过程中,由机械能守恒定律:mg·4R=mg·2R+错误!mv D2解得v D=2错误!(2)平抛运动过程中:2R=错误!gt2x=v D t解得x=4R(3)从A点至C点的过程中,由机械能守恒定律:mg·4R=mgR+错误!mv C2解得F N=m错误!=6mg由牛顿第三定律得:F N′=F N=6mg。
能量守恒定律与能源【学习目标】1.理解能量的概念,知道各种不同形式的能量. 2.明确能量守恒的含义.3.知道能源的合理利用及能量耗散的概念. 【要点梳理】 要点一、能量 要点诠释:(1)概念:一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能量.如:运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量.又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体等都能对外做功,因此都具有能量.(2)形式:能量有各种不同的形式.运动的物体具有动能;被举高的重物具有重力势能;发生弹性形变的物体具有弹性势能;由大量粒子构成的系统具有内能.另外自然界中还存在如化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等不同形式的能.不同形式的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应机械运动;内能与大量微观粒子的热运动相对应.(3)能量的转化:各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中总量保持不变也就是说当某个物体的能量减少时,一定存在其他物体的能量增加,且减少量一定等于增加量;当某种形式的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定等于增加量. (4)功是能量转化的量度.不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的.做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程.且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度.如举重运动员把重物举起来,对重物做了功.这一过程中,运动员通过做功消耗了体内的化学能,转化为重物的重力势能.并且,运动员做了多少功,就有多少化学能转化为重力势能.能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系,即所谓功能关系.力学中常见力做功与能量转化的对应关要点二、能量守恒定律 要点诠释:(1)内容:能量既不会消灭,也不会产生,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,而在转化和转移过程中,能量的总量保持不变,这个规律叫做能量守恒定律. (2)表达式:E E =初终;E E =增减△△. (3)利用能量守恒定律解题的基本思路.①某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定和增加量相等. ②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等. (4)利用能量守恒定律解题应注意的问题:①该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理的一条主线. ②要分清系统中有多少种形式的能量,发生哪些转移和转化.③滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于产生的内能,即Q Fl 相.要点三、能源 要点诠释:指能够提供可利用能量的物质,它是人类社会活动的物质基础. (1)分类:①从人类开发能源的历史划分:常规能源:已被广泛应用的能源,如煤、石油、天然气、水力等.新能源:指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源,如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等. ②从使用分类:一次能源:未经人工加工的能源,如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等. 二次能源:从一次能源直接或间接转化来的能源.如:电能、氢能、焦炭. ③从能否再生分类:可再生能源:水流能、风能等. 不可再生能源:石油、煤等. ④从对环境的影响分类:清洁能源(也称“绿色环保”能源):太阳能、风能等. 非清洁能源:煤、石油、天然气等.(2)常规能源和新能源的转化方式:要点四、能源的开发 要点诠释: 1.能源的开发作为常规能源的煤炭、石油、天然气等面临枯竭,节能和开发新的能源已是人类必须面对的实际问题.能源对造福人类具有极其重要的意义,节约每一份能源,不仅能提高能源的利用价值,对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用.新的能源有待于人类去开发,如核能的利用、太阳能的利用等,还有许多艰苦的工作需要去做.(1)为什么煤、石油和天然气被人们称为不可再生能源?由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的,所以人们也称它们为化石燃料.由于这些能源是不能再次生产,也不可能重复使用的,所以称为非再生能源. (2)人类利用能源的过程及新能源的开发和利用.①人类利用能源大致经历的三个时期是:柴薪时期、煤炭时期、石油时期. ②有待开发和利用的新能源主要指:太阳能、地热能、风能、水能、核能. (3)人类与能源的关系。
能量守恒定律专题讲练人造革2007-1-9能量的转化和守恒定律是物理学的基本原理,从能量的观点分析物体的运动与相互作用规律是物理学常用的一种重要的研究方法,因此在高中物理中的力学、热学、电磁学、光学和原子物理中,都涉及一些需要用能量观点进行分析和解决的问题。
由于这类问题的有较高的思维起点,需要学生具有综合运用所学知识,以及对物理过程进行全面、深入分析的能力,因而成为近年来理科综合能力测试(物理)中考查学生能力的好素材。
为了使学生能较好地运用能量的观点来分析、解决有关的物理问题,特组织本专题。
一、基础知识梳理(一)中学物理中常见的能量1.动能E k=mv2/22.重力势能E P=mgh3.弹性势能E弹=kx2/24.机械能E=E K+E P5.分子势能6.分子动能7.内能U=f(N,T,V)8.电势能E=qφ9.电能10.磁场能11.化学能12.光能Nhv,13.原子能(电子的动能和势能之和)14.原子核能E=mc2.15.引力势能,16.太阳能17. 风能18.地热、潮汐能。
(二)常见力的功的计算方法及功率的计算1.恒力功的计算W=Fscosθ2.重力功的计算W=mgh3.摩擦力的功的计算W f=-fs路4.电场力的功W=qU5.功率恒定时牵引力所做的功W=Pt6.大气压力所做的功W=P△v7.电流所做的功W=IUt8.洛仑兹力永不做功9.瞬时功率的计算P=Fvcosθ10.平均功率(三)中学物理中重要的功能关系能量与物质运动的状态相对应。
在物体间相互作用的过程之中,物体运动状态通常要发生变化,所以物体的能量一般要通过做功来实现,这就是常说的“功是能量转化的量”的物理本质。
那么,什么功对应着什么能量的转化呢?这是构建完整的能量观点体系的基础。
在高中物理中主要的功能关系有:1.外力对物体所做的总功等于物体动能的增量,即W总=ΔE k(动能定理)。
2.重力(或弹簧弹力)对物体所做的功等于物体重力势能(或弹性势能)增量的负值,即W=-ΔE P,(或W弹=-ΔE P)。
重3.电场力对电荷所做的功等于电荷电势能增量的负值,即W电=-ΔE电。
4.除重力(或弹簧弹力)以外的力对物体所做的功等于物体机械能的增量,即W其它=ΔE机(功能原理)5.当除重力(或弹簧弹力)以外的力对物体所做的功为等于零时,则有ΔE机=0,即机械能守恒。
6.一对滑动摩擦力做功与内能变化的关系是,“摩擦所产生的热”等于滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积,即Q=fs相对。
一对滑动摩擦力所做的功的代数和总为负值,它表示除了有机械能在两个物体间转移外,还有一部分机械能转化为内能,这就是“摩擦生热”的实质。
7.安培力做功对应着电能与其它形式的能相互转化,即W安=ΔE电。
安培力做正功,对应着电能转化为其它能(如电动机模型);克服安培力做功,对应着其它能转化为电能(如发电机模型);且安培力做功的绝对值,等于电能转化的量值。
8. 分子力对分子所做的功等于分子势能增量的负值,即W分子力=-ΔE分子势。
9.外界对气体所做的功W与气体从外界所吸收的热量Q的和等于气体内能的变化,即W+Q=△U.10.在电机电路中,电流所做的功率等于电阻发热功率与输出的机械功率之和。
11.在纯电阻电路中,电流所做的功率等于电阻发热功率。
12. 在电解槽电路中,电流所做的功率等于电阻发热功率与转化为化学能的功率之和。
13.在光电效应,光子的能量hv=W+mv02/2。
14.在原子物理中,原子辐射光子的能量hv=E初-E末,原子吸收光子的能量hv=E末-E初。
15. 核力对核子所做的功等于核能增量的负值,即W核力=-ΔE核势。
△mc2=△E核16.能量转化和守恒定律。
对于所有参与相互作用的物体所组成的系统,其每一个物体的能量的数值及形式都可能发生变化,但系统内所有物体的各种形式能量的总和保持不变。
理解这个定律时应注意:(1)某种形式能的减少,一定存在其他形式能的增加,且减少量等于增加量;(2)某个物体能量的减少,一定存在其他物体能量的增加,且减少量等于增加量。
(四)运用能量观点分析、解决问题的基本思路1.选定研究对象(系统),弄清物理过程;2.分析受力情况,看有什么力在做功,弄清系统内有多少种形式的能在参与转化;3.仔细分析系统内各种能量的变化情况、变化的数量(不论是种类还是数值);4.列、解能量变化方程ΔE减=ΔE增,或E初=E末,二、典型问题分析问题1:会求变力的功。
例1、一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体,如图1所示.绳的P端拴在车后的挂钩上,Q端拴在物体上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车加速向左运动,沿水平方向从A经过B驶向C.设A到B的距离也为H,车过B点时的速度为v B.求在车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功.解析:设绳的P端到达B处时,左边绳与水平地面所成夹角为θ,物体从井底上升的高度为h,速度为v,所求的功为W,则据功能关系可得: W=mv2/2 + mgh因绳总长不变,所以:h=H/sinθ - H根据绳联物体的速度关系得:v=v B cosθ.由以上三式求得:W=mV B2cos2θ/2+mgH(1/sinθ - 1)因为:θ=π/4 可得W=mvB2/4+mg(-1)H例2、利用动滑轮将物体匀速提高h,如图2所示,若不计滑轮和绳重,不计摩擦则拉力F所做的功W与夹角θ的关系是()A.θ越大,F越大,W也越大;B.θ越小,F越大,W也越大;C.F与θ大小无关;D.W与θ大小无关。
解析:由于物体匀速上升,所以拉力F所做的功W与克服物体重力所做的功相等,W=mgh. 即W与θ大小无关,D选项正确。
问题2:会用功能原理或动能定理求速度例3、如图3所示,设在倾角为θ的固定斜面底端有一物体m ,初速度为v 0,受沿斜面向上的拉力F 作用,滑动摩擦力为f.求物体沿斜面向上位移L 时的速度。
解析:物体受力如图3所示,应用功能原理,其表达式为:FL-fL=mgLsinθ+mv t 2/2-mv 02/2 1若以物体为研究对象,把上式变形为FL-fL-mgLsinθ=mv t 2/2-mv 02/2 2这就是应用动能定理得出的方程。
如果本题中F 和f 都不存在,只有重力做功。
则2式变为: mgLsinθ=mv 02/2-mv t 2/2这就是机械能守恒定律的表达式。
例4、在光滑水平面上停放着一辆质量为M 的小车,质量为m 的物体与劲度系数为k 的轻弹簧牢固连接,弹簧的另一端与小车左端连接。
将弹簧压缩x 0后用细线把物体与小车拴住,使物体静止于车上A 点,如图4所示。
物体m 与小车间的动摩擦因素为μ,O 为弹簧原长时物体右端所在位置。
然后将细线烧断,物体和小车都要开始运动。
求:(1)当物体在车上运动到距O 点多远处,小车获得的速度最大?(2)若小车的最大速度是v 1,则此过程中弹簧释放的弹性势能是多少?解析:(1)物块m 和小车M 组成的系统动量守恒。
当物块速度最大时,小车的速度也最大。
对物块m ,速度最大时,加速度为零,则有kx=μmg ,所以x=μmg/k 。
(2)由系统动量守恒,得Mv 1-mv 2=0,V 2=Mv 1/m.由能量守恒定律可知,,弹簧释放的弹性势能转化为动能和内能,有△E p =E kM +E km +Q而Q=fs 相对=μmg(x 0-μmg/k),△E p =Mv 12(M+m)/2m+μmg(x 0-μmg/k)问题3:会求大气压力做功的有关问题例5、如图5所示,若在湖水里固定一细长圆管,管下端未触及湖底,管内有一不漏气的活塞,它的下端位于水面上。
活塞的底面积为S=1.0cm 2,质量不计,水面上的大气压强为P 0=1.0×105P a ,现把活塞缓慢地提高H=15m ,则拉力对活塞做的功为 J ,大气压力对活塞做的功为________ J 。
解析:在拉力把把活塞缓慢提高H=15m 的过程中,在大气压力的作用下,活塞下面的水会随活塞上升而上升。
设水能够上升的最大为h 1,则当ρgh 1=P 0时,水平不会再上升,即h 1=10m 。
这说明当水柱上升10m 后将不再上升,如图7所示。
当水不随活塞上升后,在活塞再上升h2=H-h1=5.0m的过程中,活塞由于缓慢上升而处于平衡状态,则活塞受到的拉力等于大气压力,由平衡条件得到:F2=P0S,即活塞从10m高度上升到15m高处过程中,拉力F2为恒力,因此这个过程中拉力做功为:W2=P0Sh2=50J,大气压力对活塞做的功为W2′=-50J。
在活塞上升10m的过程中,同样活塞由于受力平衡而合力为零,当水柱的高度为h时对活塞进行受力分析:活塞受到向上的拉力F1、竖直向下的大气压力P0S及活塞与水面接触处由于大气压强和水柱产生的压强差产生的竖直向上的压力(P0-ρgh)S,由平衡条件得:F1+(P0-ρgh)S=P0S,所以F1=ρghS,由于F1是变力,可以利用功能关系来求解。
在该过程中,大气压力对水做功为零,所以拉力F1所做的功等于水的重力势能的增加,即W1=ρgh12S/2=50J在整个过程中拉力所做的功为W=W1+W2=100J.大气压力所做的功为W′=-50J。
例6、如图6所示的A、B是两个管状容器,除了管较粗的部分高低不同之外,其他一切全同。
将此两容器抽成真空,再同时分别插入两个水银池中,当水银柱停止运动时,问二管中水银的温度是否相同?为什么?设水银与外界没有热交换。
解析:不同。
A管中水银的温度略高于B管中水银的温度。
两管插入水银池时,大气压强均为P0,进入管中的水银的体积均为V,所以大气压力对两池中水银所做的功相同,但两装置中水银重力势能的增量不同,所以两者内能改变量也不同。
由图可知,A管中水银的重力势能较小,所以A管中水银的内能增量较多,其温度应略高。
问题4:会求摩擦力做功的有关问题滑动摩擦力做的功跟物体滑过的路程有关,与物体运动的路径有关,而重力、电场力做功与路径无关,只与始末位置有关。
一对恒定的滑动摩擦力所做的功,在数值上等于滑动摩擦力大小与物体间相对路程的乘积,还等于系统机械能的减量,还等于在此过程中系统内能的增加量。
例7、如图7所示,A B与CD为两个对称斜面,其上部都足够长,下部分分别与一个光滑的圆弧面的两端相切,圆弧圆心角为120°,半径R=2.0m,一个物体在离弧底E高度为h=3.0m处,以初速度v0=4m/s沿斜面运动,若物体与两斜面的动摩擦因数均为μ=0.02,则物体在两斜面上(不包括圆弧部分)一共能走多少路程?(g=10m/s2).解析:由于滑块在斜面上受到摩擦阻力作用,所以物体的机械能将逐渐减少,由于μ<tan30°,物体不能静止在斜面上,最后物体在BEC圆弧上作永不停息的往复运动。