能量守恒定律及应用

第一篇：能量守恒定律及应用

能量守恒定律及应用

【本讲教育信息】

一、教学内容：

能量守恒定律及应用

二、考点点拨

能的转化和守恒定律是自然界最普遍遵守的守恒定律，它在物理学中的重要地位是无可替代的，而用能的转化和守恒定律的观点解决相关问题是高中阶段最重要的内容之一，是历年高考必考和重点考查的内容。

三、跨越障碍

（一）功与能

功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量转化，而且能的转化必通过做功来实现。

功能关系有：

1.重力做的功等于重力势能的减少量，即WGEP 2.合外力做的功等于物体动能的增加量，即WEK

3.重力、弹簧弹力之外的力对物体所做的功等于物体机械能的增加量，即W其它E 4.系统内一对动摩擦力做的功等于系统损失的机械能，等于系统所增加的内能，即EE内Qf动s相对

（二）能的转化和守恒定律

1.内容：能量既不能凭空产生，也不会凭空消失。它只能从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式，而能的总量不变。

2.定律可以从以下两方面来理解：

（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量相等。（2）某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等。这也是我们应用能量守恒定律列方程式的两条基本思路。

（三）用能量守恒定律解题的步骤

1.分清有多少种形式的能（如动能、势能、内能、电能等）在变化。2.分别列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式。3.列恒等式E减=E增

例1：如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l、置于光滑水平面C上的木板B。正好不从木板上掉下。已知A、B间的动摩擦因数为，此时长木板对地位移为s。求这一过程中：

（1）木板增加的动能；（2）小铁块减少的动能；（3）系统机械能的减少量；（4）系统产生的热量

解析：在此过程中摩擦力做功的情况：A和B所受摩擦力分别为F、F，且F=mg，A在F的作用下减速，B在F的作用下加速，当A滑动到B的右端时，A、B达到一样的速度A就正好不掉下

（1）根据动能定理有：EKBfsBmgs

（2）滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知EKAfsAmg(sl)（3）系统机械能的减少量

EE初E末12mv0(212mv212mv)mgl2

（4）m、M相对位移为l，根据能量守恒Qf动s相对mgl

例2：物块质量为m，从高为H倾角为的斜面上端由静止开始沿斜面下滑。滑至水平面C点处停止，测得水平位移为x，若物块与接触面间动摩擦因数相同，求动摩擦因数。

解析：以滑块为研究对象，其受力分析如图所示，根据动能定理有mgHmgcosHsinmg(xHcot)0

即Hx0 Hx

例3：某海湾共占面积1.010m，涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持在20 m不变。退潮时，坝外水位降至18 m（如图所示）。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10％，每天有两次涨潮，该发电站每天能发出多少电能？（g=10m）2

解析：打开闸门后，坝内的水流出，但和外面相比，水量太小，可以认为外面的水位不升高，所以水位下降（20－18）=2m 减少的重力势能（要用重心下降的高度）

EPmghVgh1.0101.01021012101137J10

J 转化为电能E电EP10%21010每天有两次涨潮，故E电总E电2410J

例4：如图所示，水平长传送带始终以v=3 m/s的速度匀速运动。现将一质量为m=1 kg的物块放于左端（无初速度）。最终物体与传送带一起以3 m/s的速度运动，在物块由速度为零增加至v=3 m/s的过程中，求：

（1）由于摩擦而产生的热量

（2）由于放了物块，带动传送带的电动机消耗多少电能？ 解析：（1）aF/mg1.5m/s 相对滑动时间

物体对地的位移

tsWva12f2at31.522s12

21.5223m2

12摩擦力对物体做的功

mv12134.5J物体对传送带的相对路程

s相对vts3233m 产生的热量

Qfs相对4.5J

（2）由功能关系得，电动机消耗的电能

EWfQ9J

例5：如图所示为一皮带运输机，现在令皮带上只允许有一袋水泥，人将一袋水泥无初速度的放到皮带底端，水泥袋在运行过程中与皮带达到共速，最后上升到最高点，已知一袋水泥质量为m，皮带运行速度为v，皮带斜面的倾角为，水泥袋与皮带间动摩擦因数为，水泥袋从底端上升到最高点总高度为H，总时间为t，带动皮带转动的电动机功率为P，取重力加速度为g。

我们认为①在这一物理过程中电动机要消耗的电能为E1；②一袋水泥机械能的增加量为E2；③摩擦生热为Q；④用于其他消耗的能量为E3。

要求你根据能的转化和守恒定律写出E3与E1、E2及Q的定量关系，用题中所给的物理量来表示。

解析：消耗的电能E1=Pt

1增加的动能为2mv202，增加的势能为mgH，1故E2=mgH+2mv0摩擦生热Q=fL（L为相对皮带滑行的距离）滑动摩擦力为fmgcos 水泥加速度为 amscosmgsinmgcosgsin

水泥速度达到v，用时s112t2vgcosgsin v2at此时水泥的位移

2(gcosgsin)

v2此时皮带的位移s2vtgcosgsin

v2相对位移Ls2s1=2(gcosgsin)

mvcos产生的热量Q=fL=2(cossin)

1mv22mvcos－2(cossin)

2由能量守恒定律得： E3=E1－E2－Q=Pt－mgH－2

四、小结

我们在解决能量的相关问题时，要特别注意功是能量转化的量度的关系，它是解决能量问题的基本方式；注意应用能量守恒定律的两条基本思路：（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量相等：E减E增，（2）某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等：EA减EB增。

【模拟试题】（答题时间：60分钟）1.下列说法正确的是

（）

A.如果物体（或系统）所受到的合外力为零，则机械能一定守恒

B.如果合外力对物体（或系统）做功为零，则机械能一定守恒

C.物体沿光滑曲面自由下滑过程中，机械能一定守恒

D.做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒

2.如图所示，木板OA水平放置，长为L，在A处放置一个质量为m的物体，现绕O点缓慢抬高到A端，直到当木板转到与水平面成角时停止转动.这时物体受到一个微小的干扰便开始缓慢匀速下滑，物体又回到O点，在整个过程中（）

A.支持力对物体做的总功为mgLsin B.摩擦力对物体做的总功为零 C.木板对物体做的总功为零

D.木板对物体做的总功为正功

3.静止在粗糙水平面上的物块A受方向始终水平向右、大小先后为F1、F2、F3的拉力作用做直线运动，t=4s时停下，其速度—时间图象如图所示，已知物块A与水平面间的动摩擦因数处处相同，下列判断正确的是（）

A.全过程中拉力做的功等于物块克服摩擦力做的功 B.全过程中拉力做的功等于零 C.一定有F1+F3=2F2

D.可能有F1+F3>2F2

44.质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力，下落的加速度为5落h的过程中，下列说法正确的是

4g，在物体下

（）

4A.物体的动能增加了5mgh

mghB.物体的机械能减少了5mgh

D.物体的重力势能减少了mgh

5.如图所示，木板质量为M，长度为L，小木块的质量为m，水平地面光滑，一根不C.物体克服阻力所做的功为5计质量的轻绳通过定滑轮分别与M和m连接，小木块与木板间的动摩擦因数为μ.开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的力将m拉至右端，拉力至少做功为

（）

mgLA.mgL

B.2mgL

C.2D.(Mm)gL

6.如图所示，一轻弹簧左端固定在长木板m2的左端，右端与小木块m1连接，且m1与m2及m2与地面之间接触面光滑，开始时m1和m2均静止，现同时对m1、m2施加等大反向的水平恒力F1和F2，从两物体开始运动以后的整个过程中，对m1、m2和弹簧组成的系统

（整个过程中弹簧形变不超过其弹性限度），正确的说法是（）

A.由于F1、F2等大反向，故系统机械能守恒

B.由于F1、F2分别对m1、m2做正功，故系统动能不断增加 C.由于F1、F2分别对m1、m2做正功，故系统机械能不断增加

D.当弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时，m1、m2的动能最大

7.如图所示，滑雪者由静止开始沿斜坡从A点自由滑下，然后在水平面上前进至B点停下.已知斜坡、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数皆为，滑雪者（包括滑雪板）的质量为m，A、B两点间的水平距离为L.在滑雪者经过AB段的过程中，摩擦力所做的功（）

A.大于mgL

B.小于mgL

C.等于mgL

D.以上三种情况都有可能

8.用力将重物竖直提起，先是从静止开始匀加速上升，紧接着匀速上升，如果前后两过程的时间相同，不计空气阻力，则

（）

A.加速过程中拉力的功一定比匀速过程中拉力的功大 B.匀速过程中拉力的功一定比加速过程中拉力的功大 C.两过程中拉力的功一样大 D.上述三种情况都有可能

9.如图所示，在不光滑的平面上，质量相等的两个物体A、B间用一轻弹簧相连接，现用一水平拉力F作用在B上，从静止开始经一段时间后，A、B一起做匀加速直线运动，当它

们的总动能为Ek时撤去水平力F，最后系统停止运动，从撤去拉力F到系统停止运动的过程中，系统（）

A.克服阻力做的功等于系统的动能Ek B.克服阻力做的功大于系统的动能Ek

C.克服阻力做的功可能小于系统的动能Ek

D.克服阻力做的功一定等于系统机械能的减少量

10.一物体悬挂在细绳下端，由静止开始沿竖直方向向下运动，运动过程中，物体的机械能与位移的关系图象如图所示，其中0～s1过程的图象为曲线，s1～s2过程的图象为直线，根据该图象，下列说法正确的是（）

A.0～s1过程中物体所受拉力一定是变力，且不断减小 B.s1～s2过程中物体可能在做匀变速直线运动 C.s1～s2过程中物体可能在做变加速直线运动 D.0～s2过程中物体的动能可能在不断增大

11.如图所示，倾角为θ的直角斜面体固定在水平地面上，其顶端固定有一轻质定滑轮，轻质弹簧和轻质细绳相连，一端接质量为m2的物块B，物块B放在地面上且使滑轮和物块间的细绳竖直，一端连接质量为m1的物块A，物块A放在光滑斜面上的P点保持静止，弹簧和斜面平行，此时弹簧具有的弹性势能为Ep.不计定滑轮、细绳、弹簧的质量，不计斜面、滑轮的摩擦，已知弹簧劲度系数为k，P点到斜面底端的距离为L.现将物块A缓慢斜向上移动，直到弹簧刚恢复原长时的位置，并由静止释放物块A，当物块B刚要离开地面时，物块A的速度即变为零，求：

（1）当物块B刚要离开地面时，物块A的加速度；（2）在以后的运动过程中物块A最大速度的大小.12.如图所示，光滑弧形轨道下端与水平传送带吻接，轨道上的A点到传送带的竖直距离和传送带到地面的距离均为h=5m，把一物体放在A点由静止释放，若传送带不动，物体滑上传送带后，从右端B水平飞离，落在地面上的P点，B、P的水平距离OP为x=2m；若传送带按顺时针方向转动，传送带速度大小为v=5m/s，则物体落在何处？这两次传送带对物体所做的功之比为多大？

13.质量为m的小物块A，放在质量为M的木板B的左端，B在水平拉力的作用下沿水平地面匀速向右滑动，且A、B相对静止.某时刻撤去水平拉力，经过一段时间，B在地面上滑行了一段距离x，A在B上相对于B向右滑行了一段距离L（设木板B足够长）后A和B都停下.已知A、B间的动摩擦因数为1，B与地面间的动摩擦因数为2，且21，求x的表达式.【试题答案】

1.答案：CD 解析：如果物体受到的合外力为零，机械能不一定守恒，如在光滑水平面上物体做匀

速直线运动，其机械能守恒。在粗糙水平面上做匀速直线运动，其机械能就不守恒.所以A错误；合外力做功为零，机械能不一定守恒.如在粗糙水平面上用绳拉着物体做匀速直线运动，合外力做功为零，但其机械能就不守恒。所以B错误；物体沿光滑曲面自由下滑过程中，只有重力做功，所以机械能守恒.所以C正确；做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒，如自由落体运动，所以D正确.但有时也不守恒，如在粗糙水平面上拉着一个物体加速运动，此时就不守恒.2.答案：AC

解析：物体从A点到A的过程中，只有重力G和支持力N做功，由动能定理WNmgLsin0/，在此过程中支持力做功为WN，由动能定理得WGmgLsin，从A回到O点的过程中支持

/力的方向与路径始终垂直，所以支持力不做功，A正确.重力做的总功为零，支持力做的总功为WNmgLsinWNWf0得

WfmgLsin，B不正确.木板对物体即木板对物体做的总功的作用力为支持力N和摩擦力F，由WG为零，C正确，D错误.3.答案：AC，第4s内，mg4.答案：ACD F2mg0WNWf0得WNWf0解析：根据动能定理知A正确，B错误.第1s内，F1mgF3mama，1s末到3s末，所以F1+F3=2F2.f15mg4解析：物体下落的加速度为5，说明物体下落过程中受到的阻力大小为55动能定理，；其中阻力做功为做功总与重力势能变化相对应，故ACD正确.5.答案：A

Ekmgh1mgh4mgh15mghg，由，即机械能减少量；又重力解析：若使拉力F做功最少，可使拉力F恰匀速拉木块，容易分析得出F时绳子上的拉力等于mg），而位移为6.答案：D

L22mg（此，所以

WFs2mgL2mgL.解析：本题可采用排除法.当F1、F2大于弹力，m1向右加速运动，m2向左加速运动，F1、F2均做正功，故系统动能和弹性势能增加，A错误；当F1、F2小于弹力，弹簧仍伸长，F1、F 2还是做正功，但动能不再增加而是减小，弹性势能在增加，B错；当m1、m2速度减为零，m1、m2反向运动，这时F1、F2又做负功，C错误.故只有D正确.7.答案：C

解析：本题容易错选，错选的原因就是没有根据功的定义去计算摩擦力的功，而直接凭主观臆断去猜测答案，因此可设斜坡与水平面的夹角，然后根据摩擦力在斜坡上和水平面上的功相加即可得到正确答案为C.8.答案：D

解析：因重物在竖直方向上仅受两个力作用：重力mg、拉力F，这两个力的相互关系决定了物体在竖直方向上的运动状态.设匀加速提升重物时拉力为F1，加速度为a，由牛顿第二定律F1mgma，所以有

F1mgma，则拉力

F

1做功为W1F1s1m(ga)12at212m(ga)at2，匀速提升重物时，设拉力为F2，由平衡条件得F2=mg，22匀速直线运动的位移s2vtat，力F2所做的功W2F2s2mgat比较上述两种情况下拉力F1、F2分别对物体做功的表达式，可以发现，一切都取决于加速度a与重力加速度的1关系.若a>g时，212(ga)g(ga)g1，则W1>W2；若a=g时，2(ga)g，则W1=W2；若a

解析：当A、B一起做匀加速直线运动时，弹簧一定处于伸长状态，因此当撤去外力F到系统停止运动的过程中，系统克服阻力做功应包含系统的弹性势能，因此可以得知BD正确.10.答案：BD

解析：选取物体开始运动的起点为重力零势能点，物体下降位移为s，则由动能定理得，2，则物体的机械能为，在E—s图象中，图象斜率的大小反映拉力的大小，0～s1过程中，斜率变大，所以拉力一定变大，A错；s1～s2过程的图象为直线，拉力F不变，物体可能在做匀加速或匀减速直线运动，B对C错；如果全过程都2mgsFs1mv0E1mv2(mgs)Fs有mgF，则D项就有可能.m2m111.答案：（1）a=（sinθ－）g，方向沿斜面向上

（2）

vm2(m1g2sink2Epm1).解析：（1）B刚要离开地面时，A的速度恰好为零，即以后B不会离开地面.当B刚要离开地面时，地面对B的支持力为零，设绳上拉力为F，B受力平衡，F=m2g①

对A，由牛顿第二定律，设沿斜面向上为正方向m1gsinθ－F=m1a②

m2联立①②解得，a=（sinθ－m1）g③

由最初A自由静止在斜面上时，地面对B支持力不为零，推得m1gsinθ

1故A的加速度大小为（sinθ－m1）g，方向沿斜面向上

（2）由题意，物块A将以P为平衡位置振动，当物块A回到位置P时有最大速度，设为vm.从A由静止释放，到A刚好到达P点的过程，由系统能量守恒得，1m1gx0sinθ=Ep+2④

当A自由静止在P点时，A受力平衡，m1gsinθ=kx0 ⑤

vm2(m1g2m1vm2sink2Epm1)联立④⑤式解得，.3212.答案：物体相对地面速度为5m/s时离开了传送带，25

解析：物体离开B时,速度为2m/s.物体到达P点时速度为10m/s

物体相对传送带10m/s时,它的速度减少了8m/s.现在传送带的速度为5m/s,那么物体相对传送带的速度为5m/s,它的速度不可能减少8m/s,所以物体相对传送带的速度为0m/s(物体没到B点它的速度相对传送带为0m/s),离开了传送带。原来进入传送带：由

mgh12mv12，解得v1=10m/s 离开B：由h12gt22，解得t2=1s，1212v2xt22m/s

v5/因为v2vv1，所以物体先减速后匀速，由v2t25m m/s，解得xv2第一次传送带做的功：第二次传送带做的功：W12W1W22m(v2v1)m(vv1)2222

两次做功之比W2xv1v2v1v2296753225

ML1(21)(mM)13.答案：

解析：设A、B相对静止一起向右匀速运动时的速度为v.撤去外力后至停止的过程中，A受到的滑动摩擦力为f11mg

fa111gm其加速度大小为

2(mM)g1mgM此时B的加速度大小为

a2

由于21，所以a22g1ga1

即木板B先停止后，A在木板上继续做匀减速运动，且其加速度大小不变.对A应用动能定理得对B应用动能定理得xf1(Lx)012mv2

12Mv21mgx2(mM)gx0

ML1(21)(mM)消去v解得，

第二篇：能量守恒定律1专题

《能量的转化和守恒》说课稿

各位老师好：

我叫王子清，是青海大学０９级的在校学生。我今天说课的课题是《能量的转化和守恒》，《能量的转化和守恒》是人教版九年级物理第十六章第五节的内容，是对本章及以前所学知识从能量的角度进行的一次综合，教材通过小实验讨论自然界各种现象的内在联系，体会各种形式能量的相互转化，通过想想议议得出能量守恒定律。符合学生认知规律，能够体现从生活走向物理，注重科学探究的新课程理念。由于新课标对这部分内容在知识上降低了要求，但在过程与方法上增加了体验性目标层次，因此我会应尽可能的让学生多动手、多经历、多体验、多感受，在感受中进步与快乐成长。

通过本节学习我计划达到这样的目标，让学生知道各种形式的能可以相互转化；知道能量守恒定律。并通过探究各种形式能的相互转化，学会用普遍联系的观点看待事物。探究与合作学习中培养学生热爱科学、勇于创新的精神！本节的重点是：体会能量之间的相互转化及能量守恒定律；难点是：能量守恒定律的理解学生已具有初步的探究能力、分析问题和解决问题的能力，为这节的学习打下了基础，因此我准备大胆放手，开展自主的、探究性的学习，充分发挥学生的主动性和创造性，自主完成学习任务，实现自我发展，我做学生学习的组织者、引导者、参与者、分享者，但学生抽象思维还不成熟，我应多为学生创设情景、增强学生的形象力，实现由感性到理性的飞跃，1

从而达到多种教学方法的优化组合。

下面为大家展示具体的教学过程，历史上曾有不少人都想设计一种这样的机器，它不需要消耗任何能量和燃料，却能源源不断地对外做功。这种机器被称为“永动机”请猜想人类最终能否发明、创造出这种一劳永逸的永动机？事实证明，所有试图发明永动机的，无一例外的都以失败而告终，你知道他们为什么会失败吗？就让我们带着这个问题开始今天的学习。引入了新课，创设了情景、让学生产生疑问和猜想，以触发思维的兴奋点，引发探究的欲望和动机、打开探究之门。

各种形式的能可以相互转化是本节的重点，由于新课标注重学生经历探究的过程，因此初中物理就应该给学生一个丰富多彩的、充满设想与实践的探究世界，所以我先请学生完成以下小实验，1摩擦双手，2、闭合开关灯泡发光，3手电筒对着太阳能电池板照射、4、摩擦起电，然后学生分析发生了哪些能量的转化？体会自然界各种现象的内在联系。为了避免学生分析的盲目性，我引导学生一起分析第一个小实验，来回迅速摩擦双手、提问：手的温度如何变化？内能又如何变化？增加的内能从何而来？机械能是力现象，内能是热现象，机械能转化为内能说明了什么？以下的由学生自己完成，我会深入学生之中，积极的看、积极地听，感受学生的所作、所为、所思、所想，根据需要给学生适时、适当的指导。与学生交流。得出结论

1、在一定的条件下，各种形式的能都可以 相互的转化。

2、自然界的各种现象都不是孤立的，而是普遍联系的。在此过程中，无论是成功

与快乐、还是失败与烦恼都有助学生身心健康的发展。突出了重点。

能量的转化和守恒定律是本节的重点与难点。我是这样设计的：利用生活中的现象进行分析、引导学生思考、总结。蒸汽推动瓶塞做功，上升的瓶塞具有什么能？它从何而来?是凭空产生的吗？。得出能量不会凭空产生，可以从一种形式转化为另一种形式；流动的空气推动风车，风车具有什么能？它是凭空产生的吗？它从何而来？由空气转移而来。得出能量不会凭空产生，可以从一个物体转移给另一个物体。观看掉在地上的小球，提问你看到了什么现象？它的机械能如何变化？它到哪儿去了凭空消失了吗？引导学生回答得出克服摩擦做功转化为内能了。得出能量也不能凭空消失。综上得出能量不会凭空产生，也不会凭空消失了，那么它的总量不变，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。这就是我们的能量守恒定律。学生结合课本说一说你是如何理解能量守恒定律的。学生积极思考，大胆发言，张扬了个性，增进了师生情感交流，从而达到学生知识的增益、能力的拓展、思想和情感的升华，也突破了这一重点和难点。分析思考永动机为何不能成功？你有什么启示？和引入相互呼应。

知识拓展、阅读科学世界说一说对地热能的了解，拓宽学生知识面，感受科技的巨大应用价值，培养学科情感。及时的巩固与练习加深知识的理解，提高学生分析问题解决问题的能力。

引导学生对本节课进行小结。通过该环节为学生提供自由表达思 3

想、观点，实现思维飞跃的舞台，同时也帮助学生养成反思的好习惯。

这些都是课前的设计，而教学过程是富有变化、动态生成的过程，在师生互动中会产生许多的信息和创新的火花，教师要机智的根据学生的学习实际，将有价值的信息和问题作为教学的焦点来重新组织教学。巧妙地在学生不知不觉中做出相应的变化，保护创新火花、激发奇思妙想，实现教学的有效性。

教与学的过程也是我丰富自身知识、实现自我发展的过程，我会在此过程中不断的学习，充实自己，最终实现教学相长、学生奋发的目标。

谢谢大家！

第三篇：能量守恒定律教案

能量守恒定律教案

(一)教学目的

1．知道各种形式的能是可以相互转化的。

2．知道能量在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。(二)教学过程 1．复习

通过这两章的学习，我们初步认识了能量的概念，知道了机械能和内能这两种形式的能量。（通过提问复习能量、机械能和内能的概念）

2．引入新课

我们知道物体的动能和热能，是由物体的机械能运动情况决定的能量，内能跟物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。物体内部分子的热运动，物体的机械运动都是物质运动的形式，由于运动形式不同，与之相联系的能量也不相同。

3．进行新课

(1)自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

(2)在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，课本图2-17中画出了一些农常用的生活、生产设备。请同学分析在使用图中设备时能量的转化。

(3)在能量转化和转移的过程中，能的总量保持不变。大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。如在热传递过程中，高温物体放出多少热量（减少多少内能），低温物体就吸收多少热量（增加多少内能）；克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化为能量，但能量的总量不变。就是说某体损失的能量等于几个物体得到几个物体得到的能量的总和。例如，把烧热的金属块，投到冷水中，冷水，盛水的容器以及周围的空气等，都要吸收热量，它们所吸收的热量总和跟金属块放出的热量相等。再如水电站里，水从高处流下，损失了机械能，一方面由于推动发电机转动而转化为电能，一方面水跟水轮机、管道摩擦而转化为内能。那么水的机械能的损失等于产生的电能和内能的总和。

以上规律是人类经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律——能量的转化守恒定律。通常把它表述为：

能量既不会消灭，也不会创生，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，能量的总保持不变。

4．小结

能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

(1)能量守恒定律普遍适用。在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。

(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。

(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。1933年意大利科学家费米，在研究β衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。

(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火，到水能利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量的转化。

第四篇：热力学第一定律 能量守恒定律教案

热力学第一定律 能量守恒定律

一、教学目标

1．知识目标：

（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。

（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。2．能力目标：

在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。

3．物理学方法教育目标：

能量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。

二、重点、难点分析

1．重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。

2．运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。

三、教学方法

教师讲解，课件演示，指导学生看书

四、教具

计算机、大屏幕、自制多媒体课件

五、教学过程（－）引入新课

上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。

【板书】第六节

热力学第一定律

能量守恒定律

（二）进行新课

【板书】

一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。

【板书】

二、W、Q、ΔU正负号的确定

1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。

3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。【板书】

三、W、Q、ΔU之间的关系

一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少．

一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．

如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W 这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．

【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量，内能增加了4.2×10J．外界对气体做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×10J－2.6×10J =1.6×10J 外界对气体做的功是1.6×10J． 思考与讨论

上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×10J，但是内能只增加了1.6×10J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？

【板书】

四、能量守恒定律

【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒

（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。

（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。

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5一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即

W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。

2．其他形式的能也可以和内能相互转化

（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。

（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）

① 电炉取暖：电能→内能 ② 煤燃烧：化学能→内能 ③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能

（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：

3．能量守恒定律

大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。

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；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。

在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。

4．永动机不可能制成

历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。

5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算

例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×10J/（kg·℃）。

首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。

归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定律，有 5 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有

Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，20Mv280%50%24℃ 得出t2cm经计算得出铁钉温度升高24℃。在这个物理计算过程中突出体现了如何应用能的转化和守恒定律这一基本原理。

应该注意，有的同学把上述题目中铁锤打击铁钉过程中的能量转化，说成“铁锤做功转化为热量”是不正确的。只能说做功与热传递在使物体内能改变上是等效的。

（三）课堂小结

热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。

同学们要会分析一些自然现象中能是怎样转化的。

应该知道，根据能量守恒定律，永动机是不可能制造成功的。

通过课上的例题计算，学会运用能的转化和守恒定律解决物理问题的方法。

（四）说明

热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后，第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视，课堂上讲解要细致和透彻。

（五）布置作业

复习本节内容，完成练习六。

课后思考与讨论

有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮．他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(下图)．

请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去． 阅读材料

高空的气温为什么低

研究大气现象时常常用到热力学第一定律．通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米．由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，即(1)式中Q=0，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少：

ΔU=W 阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以，越 7 高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7℃(图10－13)．

飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在－50℃以下．由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春．不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温．高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来．在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升．如果不用空调，机舱内的温度可能达到50℃以上！

第五篇：高中物理 《能量守恒定律》教案

能量守恒定律

本节课的设计，教材继续沿用了前几节的课程模式，先由生活中的实例引出研究问题，然后用实验加以证实，让学生接受这个物理事实.接着再从理论上推导、证明，从而得出结论.这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手，引出动能和重力势能在此过程中是在相互转化的.接着通过实验来证实这个转化过程中的守恒结论.最后提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律.机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础.各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中，是物理学的基本规律之一.能量守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开的重要基础.所以这一节知识是本章重要的一节.机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能.分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一.在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的.在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面.教学重点1.理解机械能守恒定律的内容；

2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式； 3.理解能量转化和守恒定律.教学难点1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件； 2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒.教具准备自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子.课时安排1课时

三维目标

一、知识与技能

1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化； 2.理解机械能守恒定律的内容；

3.在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式； 4.理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子.二、过程与方法

1.初步学会从能量转化和守恒的观点解释现象、分析问题；

2.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.三、情感态度与价值观

1.通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题；

2.通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观.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.教学过程

导入新课 ［实验演示］

5.测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错.他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？

学生活动：思考老师的问题，讨论、交流，选出代表发表见解.1.因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近2 mm的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t=0.02 s.2.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证12vnghn就行了.23.打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用.4.必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落.5.这个同学的看法是正确的.为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好.教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难.学生活动：学生进行分组实验.数据处理：

明确本实验中要解决的问题即研究动能与重力势能的转化与守恒.在右图中，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作零势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：

EA1122mvAmghA, EBmvBmghB 22如果忽略空气阻力，物体下落过程中如果动能的改变量等于势能的改变量，于是有

1122mvAmghAmvBmghB 221122上式亦可写成mvBmvAmghAmghB

22Ea=Eb,即该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少.如果实验证明等式成立,说明物体重力势能的减少等于动能的增加.为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（上图中A点）来进行研究，这时应有：

12mvAmhg.式中2h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度.1.如何求出A点的瞬时速度vA？

根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA.右图是竖直纸带由下而上实际打点后的情况.从O点开始依次取点1、2、3„„图中s1、s2、s3„„分别为0～2点，1～3点，2～4点„„各段间的距离.根据公式vs，t=2×0.02 s（纸带上任意两个相邻的t点间所表示的时间都是0.02 s），可求出各段的平均速度.这些平均速度就等于1、2、3„„各点相对应的瞬时速度v1、v2、v3„„例如：

不仅重力势能和动能可以相互转化，弹性势能和动能也可以相互转化.放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能.在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒.【方法引导】

解决某些力学问题，从能量的观点来分析，应用机械能守恒定律求解，往往比较方便.应用机械能守恒定律解决力学问题，要分析物体的受力情况.在动能和重力势能的相互转化中，如果只有重力做功，就可以应用机械能守恒定律求解.【例题剖析】

（一）机械能守恒条件的判断

［例1］下列关于机械能是否守恒的叙述正确的是（）A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B.做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒 C.合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒 D.只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒 解析：

A.做匀速直线运动的物体，除了重力做功外，可能还有其他力做功，如降落伞在空中匀速下降时，除了重力做功外，空气阻力也对降落伞做功，所以机械能不守恒，不选.B.做匀变速直线运动的物体可能只受重力且只有重力做功，如自由落体运动，物体机械能守恒，应选.C.如降落伞在空中匀速下降时合外力为零，合外力对物体做功为零，除重力做功外，空气阻力也做功，所以机械能不守恒，不选.D.符合机械能守恒的条件，应选.可见，对物体进行受力分析，确定各力做功情况是判定机械能是否守恒的一般程序.［例2］如图所示，斜面体置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是（）

A.物体的重力势能减少，动能增大

B.物体的重力势能完全转化为物体的动能 C.物体的机械能减少

D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒

解析：由于斜面体放在光滑斜面上，当物体沿斜面下滑时，物体实际位移方向和物体所受支持力的方向不垂直，所以支持力对物体做了功（负功），物体的机械能不守恒，物体的机械能减少了，物体对斜面体的压力对斜面体做了功（正功），斜面体的机械能增加了，斜面体的机械能也不守恒.对物体和斜面体组成的系统，斜面体和物体之间的弹力是内力，对系统做功的代数和为零，即不消耗机械能.在物体和斜面体的运动过程中只有重力做功，所以系统的机械能守恒.物体在下滑过程中重力势能减少，一部分转化为物体的动能，另一部分则转化为斜面体的动能.所以本题选ACD.（二）机械能守恒定律的应用

6断物体的机械能是否守恒，所以应透彻理解机械能守恒定律成立的条件，从而正确应用机械能守恒定律解题.布置作业

课本P37作业4、5、6.板书设计

活动与探究

有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已.机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了（右图）

.请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去.