能量守恒定律的应用

一. 教学内容：

第九节 实验：验证机械能守恒定律

第十节 能量守恒定律与能源

二. 知识要点：

1. 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。掌握验证机械能守恒定律的实验原理。通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。

2. 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. 重难点解析：

1. 实验：验证机械能守恒定律

实验目的：验证机械能守恒定律。

实验原理：

通过实验，分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律：△EP=△EK

实验器材

打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。

实验步骤：

（1）如图所示装置，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。

（2）用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。

（3）从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…，计算相应的重力势能减少量，mgh。如图所示。

（4）依步骤（3）所测的各计数点到O点的距离hl、h2、h3…，根据公式vn=

计算物体在打下点l、2…时的即时速度v1、v2…。计算相应的动能（5）比较实验结论：

在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒。

选取纸带的原则：

（1）点迹清晰。

（2）所打点呈一条直线。

（3）第1、2点间距接近2mm。

本实验应注意的几个问题：

（1）安装打点计时器时，必须使两个纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力；

功能关系 能量守恒定律

命题要点：(1)功能关系；(2)能量转化和守恒定律；(3)结合牛顿运动定律、电磁学等相关内容处理综合问题。

本考点在高考中年年必考，题型全、分值多、难度大。在今后的高考中，考查思路应是功能关系、能的转化和守恒、牛顿定律、平抛运动和圆周运动、电磁学知识和规律密切联系的综合应用，难度和能力要求不会降低。

经典习题：

1. (多选)如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮，质量分别为M、m(M>m)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中( )

A．两滑块组成系统的机械能守恒

B．重力对M做的功等于M动能的增加

C．轻绳对m做的功等于m机械能的增加

D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功

答案 CD

解析 以M和m两滑块整体为研究对象，除重力外，M受到的摩擦力做负功，所以两滑块组成系统的机械能不守恒，且系统机械能的损失等于M克服摩擦力做的功，A错误，D正确。由动能定理可知，M动能的增加应等于重力、摩擦力、轻绳的拉力对M做功之和，B错误。以m为研究对象，除重力外，只有轻绳对其做功，所以其机械能的增加等于轻绳对其做的功，C正确。

2．一个物体的机械能增大，究其原因( )

A．重力对物体做了功

B．一定是合外力对物体做了功

C．一定是拉力对物体做了功

D．可能是摩擦力对物体做了功

答案 D

解析 除重力、弹力以外的力做功时，物体的机械能才会变化，一个系统的机械能增大，一定是除重力、弹力以外的力对系统做正功。重力做功时物体的动能和重力势能之间相互转化，不影响物体的机械能的总和。故A错误；除重力、弹力以外的力做功时，物体的机械能才会变化。故B、C错误；如果摩擦力对系统做正功，系统的机械能可以增大。故D正确。

能量守恒定律：生活中的应用

能量守恒定律是物理学中的基本原理之一，表明在一个孤立系统内，能量既不会被创造也不会被消灭，只会从一种形式转换为另一种形式。这一定律在许多科学领域中都有重要意义，特别是在工程学、化学和生物学中。更重要的是，能量守恒定律在我们的日常生活中也有广泛的应用。本文将探讨这一基本原理在生活各个方面的影响与应用，包括家庭、交通、运动及环境保护等领域。

一、家庭中的能量转化

在我们的家庭生活中，能量守恒定律体现得尤为明显。每一项家电的使用都涉及能量的转化与利用。

1. 家电的使用

诸如冰箱、洗衣机、电热水器等家用电器，它们都依赖于电能进行工作。例如，冰箱通过电力驱动制冷剂循环，从而实现食物保鲜。这一过程将电能转化为机械能，使得分子运动扰动降低，从而实现了降温效果。

另外，洗衣机在工作时，将电能转化为机械能，使洗涤过程更为高效。通过旋转与搅拌，通过物理手段达到清洗衣物的目的。在这些过程中，电能并没有消失，而是被有效地转化成了我们可利用的其他能量形式，实现了能量的合理运用。

2. 供暖和制冷 供暖和制冷设备的工作原理也充分体现了能量守恒定律的应用。在冬季，取暖器通过电或燃气加热空气，将热能释放到房间中。然而，这些设备的工作效率受其设计、材料及使用环境等因素的影响。因此，在选择取暖方式时，我们不仅要考虑舒适性，还需评估能源使用的经济性与环保性。

同样，夏天我们所用的空调也是这样。空调将热空气中的热能转移到外部环境中，同时使室内变得凉爽。这里面涉及到热力学原理，但无论是冷却还是加热，都是通过改变能量形式完成的。

二、交通工具中的能量转化

在现代交通工具的发展历程中，同样体现了能量守恒定律的重要性。在我们的日常出行中，不同类型的交通工具都有其独特的能量转换机制。

1. 汽车与燃油经济性

汽车利用燃油进行驱动，通过内燃机将化学能转化为机械能。在这一过程中，不同型号及技术水平的汽车对于燃料利用率差异较大。传统燃油汽车由于内燃机效率相对较低，大部分燃料化学能未被有效利用。因此，随着技术的发展，现在越来越多地出现电动车和混合动力车，通过提高动力系统整体效率，实现更低排放和更高利用率。

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广义能量守恒定律及其应用

作者：潘学良

来源：《科技风》2016年第08期

摘 要：本文定义了广义能量守恒定律并证明其与物理学中热学的能量守恒定律是等价的。本文还应用了广义能量守恒定律研究基本的科学特征以及其在医药研发领域的定性分析作用，强调了科学研究的领域一定要满足广义能量守恒定律，特别是国家大型科研项目也要做是否满足这一定律的可行性评估以避免资源浪费。

关键词：能量守恒定律；广义；物理能量；货币能量；知识能量；科学极限

一、广义能量守恒的主要内容

能量守恒定律是物理学中的重要内容，至今为止还尚未有打破这个物理学定律的实验产生，这个定律的正确性是整个物理学体系稳定性的重要保障，具体而言，能量守恒定律可以表述为：一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。这是物理学上能量守恒的主要内容，虽然在更加高级的物理学中它出现的频率并不高，甚至只是在力学和热学课本中提及，但是毫无疑问，所有的物理学体系都默认其为基础假设而不加以提及的。

现在，我们从更加广义的基础上探讨物理学这一定律在人类社会的应用。能量是改变状态与否及改变状态量度的度量，一切能使状态发生改变的都称之为能量，在物理学上，能量的种类有很多，诸如热能，太阳能，辐射能等等，因为其均属于自然界的能量，是改变自然界的量度，所以称之为物理能量，而在人类社会，能改变状态的能量也有很多种，而且不能统称为社会能量，具体地，比如金钱可以改变人的生活状况，这一点在经济学上是一个默认的公理，所以金钱也是能量的一种，称之为货币能量，此外，知识能改变人类的学识修养，甚至因为知识本身人类的文明得以建立，文化得以延续和发展，这也是一种能量，而人本身除了所具有的物理能量（人同时也是自然界的一员，也拥有自然赋予的能量），知识能量，货币能量。