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1、
4.3 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
課堂互動
三點剖析
一、“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”
1.“功和能相互轉(zhuǎn)化”,這是一種錯誤說法
從能量轉(zhuǎn)化觀點來看,做功是能量轉(zhuǎn)化的一種方式.做功的過程就是能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式的過程.在各種運動形式中,沒有功和能相互轉(zhuǎn)化,只存在各種不同形式的能互相轉(zhuǎn)化.在能的轉(zhuǎn)化過程中,功扮演著一個重要角色.不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化,做功是引起物體能量發(fā)生變化的原因,能量的變化反映了做功的效果.
2.“做了多少功,就轉(zhuǎn)化為多少能”,這又是一種錯誤說法
從能量守恒觀點來分析能量轉(zhuǎn)化的等量關(guān)系,不是多少功轉(zhuǎn)化為多少能的問題,而是做功的過程,一種形式的能發(fā)生了變化,與此
2、同時,另一種形式的能發(fā)生了等量變化.物體從A點豎直落到B點,如果除重力外沒有其他外力做功,則以B點為零勢能點,物體在B點的動能就等于物體在A點的重力勢能,這里的“等于”表示一種形式的機械能(重力勢能)轉(zhuǎn)化成等量的另一種形式的機械能(動能).
【例1】 人將放在手中的鉛球沿水平方向推出,球在出手時具有的動能是180 J,已知球原來是靜止的,求人在推球的過程中對球做了多少功?
解析:本題無法用功的定義來求解,可以用功和能的關(guān)系來解決功的計算問題.
在對鉛球做功的過程中,人做了多少功,人的能量就減少多少,同時球的能量就增加多少,由于球的動能增加180 J,所以人對球做了180 J的功.
3、
溫馨提示
如果用功的計算公式是解決不了的,在處理變力做功或根本不知力的情況下的做功問題,用這種方法相當方便.
二、能量守恒定律
1.關(guān)于能量守恒定律
能量守恒定律是經(jīng)過人類的長期探索在19世紀確立的.恩格斯曾經(jīng)把這一定律稱為“偉大的運動基本規(guī)律”,認為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀連同細胞學(xué)說、達爾文的生物進化論在內(nèi)的自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一.
2.各種形式能量的相互轉(zhuǎn)化
現(xiàn)實生活的經(jīng)驗告訴我們,各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的.例如:在摩擦生熱的現(xiàn)象中,克服摩擦力做多少功,就有多少機械能轉(zhuǎn)化成等量的內(nèi)能;通過電流的導(dǎo)線變熱,電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;燃料燃燒生熱,化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;灼熱的燈絲發(fā)
4、光,內(nèi)能轉(zhuǎn)化成光能.實驗證明,在這些轉(zhuǎn)化過程中,能量都是守恒的.
【例2】 下列說法正確的是( )
A.隨著科技的發(fā)展,永動機是可以制成的
B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消失了
C.“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,因而是不可能的
D.有種“全自動”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動,說明能量可以憑空產(chǎn)生
解析:永動機是指不消耗或少消耗能量,而可以大量對外做功的裝置,違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律.A錯.太陽輻射大量的能量,地球只吸收了極少的一部分,但輻射到星際空間的能量也沒有消失,一定是轉(zhuǎn)化成了別
5、的能量,B錯.馬和其他動物,包括人要運動,必須消耗能量,動物的能量來源是食物中儲存的生物質(zhì)能,C正確.所謂的“全自動”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的,D錯.
答案:C
各個擊破
類題演練 1
如圖4-3-2所示,一根長桿AB水平地放在地面上,用力拉住桿的B端,使它緩慢地轉(zhuǎn)動直立起來,第一次用始終豎直向上的力F1,第二次用始終垂直于長桿的力F2,比較兩次拉桿的過程中,F(xiàn)1做的功W1與F2做的功W2間的大小關(guān)系是( )
A.W1>W2 B.W1=W2 C.W1
6、析:兩種情況,桿的動能沒有改變,桿都是從水平位置到豎直位置,桿的重力勢能的增加量應(yīng)該相同,所以外力作用的功也應(yīng)該相同.
答案:B
變式提升 1
行駛中汽車制動后滑行一段距離后停下;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.上述不同現(xiàn)象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.物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
解析:本題考查功和能的關(guān)系,不同的物理現(xiàn)象可能存在著相同的物理過程,相似的物理現(xiàn)象也許遵循不同的物理規(guī)律.行駛中汽車制動后滑行一段距離,汽車克服阻力做功,
7、機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰,流星克服阻力做功,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能;降落傘在空中勻速下降,降落傘克服阻力做功,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
答案:AD
類題演練 2
一個物體沿粗糙斜面勻速滑下,則下列說法正確的是( )
A.物體機械能不變,內(nèi)能也不變
B.物體機械能減少,內(nèi)能不變
C.物體機械能減少,內(nèi)能增加,機械能與內(nèi)能總量減少
D.物體機械能減少,內(nèi)能增加,機械能與內(nèi)能總量不變
答案:D
變式提升 2
一質(zhì)量均勻、不可伸長的繩索,重為G,A、B兩端固定在天花板上,如圖4-3-3所示.現(xiàn)在最低點C處施加一豎直向下的力,將最低點緩慢拉
8、至D點.在此過程中,繩的重心位置( )
圖4-3-3
A.逐漸升高 B.逐漸降低 C.先降低后升高 D.始終不變
解析:從外力做功引起繩索重力勢能的變化進行分析,外力對繩索做功,繩索的機械能增加,由于繩索的動能不變,增加的必是重力勢能,重力勢能增加是重心升高的結(jié)果.
答案:A
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