能量守恒定律的典型例题
[例1]试分析子弹从枪膛中飞出过程中能的转化．
[分析]发射子弹的过程是：火药爆炸产生高温高压气体，气体推动子弹从枪口飞出．
[答]火药的化学能→通过燃烧转化为燃气的内能→子弹的动能．
[例2]核电站利用原子能发电，试说明从燃料铀在核反应堆中到发电机发出电的过程中的能的转化．
[分析]所谓原子能发电，是利用原子反应堆产生大量的热，通过热交换器加热水，形成高温高压的蒸汽，然后推动蒸汽轮机，带动发电机发电．
[答]能的转化过程是：核能→水的内能→汽轮机的机械能→发电机的电能．
[说明]
在能的转化过程中，任何热机都不可避免要被废气带走一些热量，所以结合量守恒定律可得到结论：
不消耗能量，对外做功的机器（称为第一类永动机）是不可能的；
把工作物质（蒸汽或燃气）的能量全部转化为机械能（称第二类永动机）也是不可能的．
【例3】将一个金属球加热到某一温度，问在下列两种情况下，哪一种需要的热量多些？（1）将金属球用一根金属丝挂着（2）将金属球放在水平支承面上（假设金属丝和支承物都不吸收热量）A．情况（1）中球吸收的热量多些
B．情况（2）中球吸收的热量多些
C．两情况中球吸收的热量一样多
D．无法确定
[误解]选（C）。
[正确解答]选（B）。
[错因分析与解题指导]小球由于受热体积要膨胀。由于小球体积的膨胀，球的重心位置也会变化。如图所示，在情况（1）中，球受热后重心降低，重力对球做功，小球重力势能减小。而在情况（2）中，
球受热后重心升高。球克服重力做功，重力势能增大。可见，情况（ 1）中球所需的热量较少。
造成[误解]的根本原因，是忽略了球的内能与机械能的转变过程。这是因为内能的变化是明确告诉的，而重力势能的变化则是隐蔽的。在解题时必须注意某些隐蔽条件及其变化。
[例4]用质量M=0．5kg的铁锤，去打击质量m=2kg的铁块。铁锤以v=12m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为零。设每次打击产生的热量中有η=50%被铁块吸收，共打击n=50次，则铁块温度升高多少？已知铁的比热C=460J/kg℃。
[分析] 铁锤打击过程中能的转换及分配关系为
据此，即可列式算出△t．
[解答]铁锤打击n=50次共产生热量：
设铁块的温度升高△t，由
[例5]用功率P=600W的电动机带动钻头在铁板上钻孔，在t=3min 内产生热量的最大值为多少？若其中η=75％被铁块吸收，铁块的质量为m=0．7kg，则铁块的温度升高多少？已知铁的比热为C=460j/kg·℃。
[分析]在这个钻孔过程中，能的转换及分配如下：
当供给电动机的电能完全转化为钻头的机械能，钻头的机械能完全转化为内能时，就可算出所产生的最大热量．由上述能的分配，根据吸热公式可算出铁块所升高的温度。
[解]在t=3min内产生的热量的最大值为：
Q=Pt=600×3×60J=1．08×105J
设铁块升高的温度为△t，由吸热公式：
ηQ=cm△t
=251.6℃
[例6]光滑水平桌面上一块质量M=400g的木块，被一颗质量
m=20g，以水平速度v=500m／s飞行的子弹击中，子弹穿出木块时的速度v1=300m／s．若子弹击中木块的过程中，系统损失的机械能全部转变为内能，其中η=41．8％部分被子弹吸收使其温度升高．已知子弹的比热c=125J／kg·℃，试求子弹穿越木块过程中升高的温度．[分析]子弹穿越木块过程中，水平方向不受外力，由动量守恒可算出木块获得的速度．根据子弹-木块系统损失的机械能可算出产生的内能．由此即可算出子弹所升高的温度．
[解]子弹穿出木块后，木块的速度设为V，由
mv=mv1+MV，
得
子弹木块系统损失的机械能
根据量守恒，子弹穿越木块过程中产生的内能（即增加的内能）为
Q=△U=1580J．
设子弹升高温度为△t，则由
ηQ=cm△t，
[说明] 有的学生认为子弹损失的动能就等于穿越木块过程中产生的热能，这是不对的，不能忽略木块所获得的动能．子弹击中木块过程中，整个系统能的转化及分配情况如下：
能量守恒定律简介 世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度。 这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）。 能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。 定律内容 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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。能量守恒定律如今被人们普遍认同，但是并没有严格证明。 1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等
第四章 能量守恒定律 序号 学号 姓名 专业、班级 一 选择题 [ D ]1. 如图所示，一劲度系数为k 的轻弹簧水平放置，左端固定，右端与桌面上一质量 为m 的木块连接，用一水平力F 向右拉木块而使其处于静止状态，若木块与桌面间的静摩擦系 数为μ，弹簧的弹性势能为 p E ，则下列关系式中正确的是 (A) p E = k mg F 2)(2 μ- (B) p E =k mg F 2)(2 μ+ (C) K F E p 22 = (D) k mg F 2)(2μ-≤p E ≤ k mg F 2)(2 μ+ [ D ]2．一个质点在几个力同时作用下的位移为：)SI (654k j i r +-=? 其中一个力为恒力)SI (953k j i F +--=，则此力在该位移过程中所作的功为 （A ）-67 J （B ）91 J （C ）17 J （D ）67 J [ C ]3．一个作直线运动的物体，其速度 v 与时间 t 的关系曲线如图所示。设时刻1t 至2t 间 外力做功为1W ；时刻2t 至3t 间外力作的功为2W ；时刻3t 至4t 间外力做功为3W ，则 （A ）0,0,0321<<>W W W （B ）0,0,0321><>W W W （C ）0,0,0321><=W W W （D ）0,0,0321<<=W W W [ C ]4．对功的概念有以下几种说法： （1） 保守力作正功时，系统内相应的势能增加。 （2） 质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零。 （3） 作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作的功的代数和必然为零。 在上述说法中： （A ）（1）、（2）是正确的 （B ）（2）、（3）是正确的 （C ）只有（2）是正确的 （D ）只有（3）是正确的。 [ C ]5．对于一个物体系统来说，在下列条件中，那种情况下系统的机械能守恒？ （A ）合外力为0 （B ）合外力不作功 （C ）外力和非保守内力都不作功 （D ）外力和保守力都不作功。 二 填空题 1．质量为m 的物体，置于电梯内，电梯以 2 1 g 的加速度匀加速下降h ，在此过程中，电梯对物体的作用力所做的功为 mgh 2 1 - 。 2．已知地球质量为M ，半径为R ，一质量为m 的火箭从地面上升到距地面高度为2R 处，在此过程中，地球引力对火箭作的功为)1 31(R R GMm -。 3．二质点的质量各为1m 、2m ，当它们之间的距离由a 缩短到b 时，万有引力所做的功为 )1 1(21b a m Gm --。 4．保守力的特点是 ________略__________________________________；保守力的功与势能的关系式为______________________________略_____________________. 5．一弹簧原长m 1.00=l ，倔强系数N/m 50=k ，其一端固定在半径 为R =0.1m 的半圆环的端点A ，另一端与一套在半圆环上的小环相连，在把小环由半圆环中点B 移到另一端C 的过程中，弹簧的拉力对小环所作的功为 -0.207 J 。 6．有一倔强系数为k 的轻弹簧，竖直放置，下端悬一质量为m 的小球。先使弹簧为原长，而小球恰好与地接触。再将弹簧上端缓慢地提起，直到小球刚能脱离地面为止。在此过程中外力所作的功 A B C R v O 1 t 2t 3 t 4 t
甘肃省民勤县第一中学物理第十二章 电能 能量守恒定律专题试卷 一、第十二章 电能 能量守恒定律实验题易错题培优（难） 1．某实验小组要测量干电池组(两节)的电动势和内阻，实验室有下列器材： A 灵敏电流计G (量程为0~10mA ，内阻约为100Ω) B 电压表V （量程为0~3V ，内阻约为10kΩ) C ．电阻箱R 1(0~999.9Ω) D ．滑动变阻器R 2(0~10Ω，额定电流为1A) E.旧电池2节 F.开关、导线若干 (1)由于灵敏电流计的量程太小，需扩大灵敏电流计的量程．测量灵敏电流计内阻的电路如图甲所示，调节R 2和电阻箱，使得电压表示数为2.00V ，灵敏电流计示数为4.00mA ，此时电阻箱接入电路的电阻为398.3Ω，则灵敏电流计内阻为___________Ω(保留一位小数)． (2)为将灵敏电流计的量程扩大为100mA ，该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联，则应将电阻箱R 1的阻值调为___________Ω(保留三位有效数字)． (3)把扩大量程后的电流表接入如图乙所示的电路，根据测得的数据作出G U I － (U 为电压表的示数，G I 为灵敏电流计的示数)图象如图丙所示则该干电池组的电动势E =___________V ，内阻r =___________Ω(保留三位有效数字) 【答案】101.7 11.3 2.910.01± 9.10.2± 【解析】 【分析】 （1）根据题意应用欧姆定律可以求出电流表内阻． （2）把灵敏电流计改装成电流表需要并联分流电阻，应用并联电路特点与欧姆定律求出并联电阻阻值． （3）由闭合电路欧姆定律确定出G U I -的关系式，结合图象求得E ，r ． 【详解】 （1）[1]灵敏电流计内阻： 13 2.00398.3101.74.0010g U R R I -= -=-=?Ω
能量守恒定律的发现
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能量守恒定律的发现 热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。首先是德国医生迈尔（Rｏｂert Mayer,1８14~18７８)和英国物理学家焦耳（JanｅｓＰrescott Joule，18１8~18８9)各自通过独立地研究做出了相同的结论。迈尔于１845年出版的《论有机体的运动和新陈代谢》一书,描述了运动形式转化的众多情况。焦耳直接求得热功当量的数值，给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。184７年亥姆霍兹（Ｈermann Helmholtz,1８2１～18９4)在有心力的假设下，根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律。在这段历史时期内,由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用，以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究,对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。 1、能的概念的形成 法国物理学家笛卡尔(R．Ｄescartes，15６9~１６5０)最早提出“运动量”守恒（即动量守恒）的思想。他给人们留下最深刻的印象是:一个粒子体系在不受外力作用时,它们的总运动量保持不变；粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。不久，德国物理学家莱布尼兹（G.W．F.Lｅibniz，164６~17１６)对笛卡尔提出挑战,他引入“活力”（Ｖis Ｖiva)的概念。他所指的“活力”,是物体的质量与它的速度的平方之积，是一个标量;而笛卡尔的“运动量”是矢量。莱布尼兹认为“活力”才是“力”的真正量度;物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。莱布尼兹的“活力”实质相当于物体的动能，其数值等于动能的两倍。后来Ｊ.伯努利（J.Berｎｏｕｌli，１66７～１748)将“活力守恒”当作莱布尼兹的“活力”原理的一个推论提出，他认为当活力消失后,它并没有丧失作功的本领,而是变成了另一种形式。显然，J．伯努利扩大了莱布尼兹的“活力”所指的范围,把势能也列入了活力的范畴。 笛卡尔和莱布尼兹的争论持续了半个世纪，最后调合双方的是数学家达朗贝尔(Ｊ.L.D’Aleｍｂｅrt,17１7~17８3)。他指出这场争论只不过是术语的问题,实质问题是统一的，因为笛卡尔的“运动量”是力对时间的积分，而莱布尼兹的“活力”是力对空间线度的积分。这里面蕴藏有冲量积分的思想。 17８7年，法国数学家拉格朗日(J.Ｌ．Ｌagrａnage,1７36~1８1３）在《分析力学》一书中证明，在某些粒子系统中,每一个粒子相对于参照系的位置和速度的函数,不管发生什么运动总是保持不变。这个函数是两部分之和，一部分表示运动的动能,另一部分表示势能（当时还没有“动能”和“势能”这两个术语)。这个函数是拉格朗日函数，它对速度的偏微商等于笛卡尔的“运动量”，即现在所称的动量。由此可见，“活力”守恒或机械能守恒原理，就是由拉格朗日等一些数学家和力学家提出来的。 1８０7年,杨(T．Youｎｇ，1773~182９）创造了“能”这个词。1826年,蓬瑟勒(J．V．Ｐoncelｅt，17８8—１867)又创造了“功”一词。从此以后,机械能守恒定律就不仅是数学家著作中那种抽象的、广义的函数形式,而是物体的具体运动形式和规律的直观写照了。 伏打电池的发明（18０0年)给揭示能量转化与守恒现象开拓了更广阔的前景,热、光、电、磁和化学结合，生物的生命力在能量概念的基础上开始逐步统一起来。卡里斯尔(A．Car ｌisle）和尼柯尔逊(W．Nｉcholson）电解水的实验（180０年)表明电能和化学能可以相互转化；奥斯特（Ｈ.Oｅrsted）发现的电流磁效应(182０年）表明电能与磁能存在某种可转化的关系;法拉第的电磁旋转现象（18２1年)第一次揭示了电磁能转化为机械能的可能性；塞贝克发现的温差电（１８22年）证明热能可以转化为电能、法拉第在1８３１年发明第一台
能量守恒定律例题解析 例 1 在摩擦生热的现象中________能转化为________能；在气体膨胀做功的现象中________能转化为________能；在热传递的过程中，高温物体的内能________，低温物体的内能________，内能从________转移到________，而能的总量________． 策略分析此题的关键在于如何理解“能量守恒定律”中的“转化”、“转移”和“守恒”这几个关键的词，当能量发生转化时一定表现为：一种形式的能减少而变化成另一种形式的能，则另一种形式的能增大．而“转移”则是指一种形式的能在物体与物体间，或同一物体的不同部分间发生了数量的变化，即增加与减少，而没有形式的变化．但能的总量却保持不变．所以无论在摩擦生热现象中，气体膨胀做功的过程中及热传递的过程中，都服从“能量守恒”定律． 解答机械能；内；内；机械；减少；增加；高温物体；低温物体；保持不变． 总结1．易错分析：对能量守恒定律理解不深，不善于考察题中各种情况的能量转化或转移． 2．同类变式：利用做功的方法改变物体内能的实质是________和________间的相互________过程．利用热传递改变物体内能的实质是________在物体之间相互________的过程 答案：机械能，内能，转化，内能，转移3．思维延伸：下列各种现象中，只有能的转移而不发生能的转化的过程是 [ ] A．冬天用手摸户外的东西感到冷 B．植物吸收太阳光进行光合作用 C．水蒸气顶起壶盖 D．电灯发光发热 答案：A 例2 下列现象中，能量转化正确的是 [ ] A．子弹打入墙壁的过程中，机械能转化为内能 B．电流通过电炉时，电能转化为内能 C．暖水瓶中的水蒸气把瓶塞冲起，内能转化为机械能 D．给蓄电池充电的过程中，化学能转化为电能 策略判断这四个现象中的能的转化的关键，是理解好“转化”的含意．即“转移、变化”的意思，这里既有数量的变化．同时还有形式的变化，在给蓄电池充电时消耗的是电能，得到的是化学能，即电能减少，化学能增大，所以应是电能转化成化学能，而不是化学能转成电能．所以D选项错误，其余三项正确． 解答A、B、C 总结1．易错分析：不能把握实例中物体最初具有什么能．后来又转化成了什么形式的能．漏选A是对转化成的内能这个结果不清楚．漏选B是由于疏忽而认为是内能转化为电能．而选D是误认为充电过程是
功能关系能量守恒定律专题 一、功能关系 1.内容 (1)功是的量度,即做了多少功就有发生了转化. (2)做功的过程一定伴随着 ,而且必通过做功来实现. 2.功与对应能量的变化关系 说明 每一种形式的能量的变化均对应一定力的功. 二、能量守恒定律 1.内容:能量既不会消灭,也 .它只会从一种形式为其他形式,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 . 2.表达式:ΔE减= . 说明ΔE增为末状态的能量减去初状态的能量,而ΔE减为初状态的能量减去末状态的能量. 热点聚焦 热点一几种常见的功能关系 1.合外力所做的功等于物体动能的增量,表达式:W合=E k2-E k1 , 即动能定理. 2.重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加.由于“增量”是终态量减去始态量,所以重力的功等于重力势能增量的负值,表达式: WG=-ΔEp=Ep1-Ep2. 3.弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量 的负值,表达式:W F=-ΔEp=Ep1-Ep2.弹力做多少正功,弹性势能减少多少;弹力做多少负功,弹性势能增加多少. 4.除系统内的重力和弹簧的弹力外,其他力做的总功等于系统机械能的增量,表达式: W其他=ΔE. (1)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少. (2)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少. (3)除重力或弹簧的弹力以外的其他力不做功, 物体的机械能守恒.
特别提示 1.在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及动能的变化用“1”,如果只涉及重力势能的变化用“2”,如果只涉及机械能变化用“4”,只涉及弹性势能的变化用“3”. 2.在应用功能关系时,应首先弄清研究对象,明确力对“谁”做功,就要对应“谁”的位移,从而引起“谁”的能量变化.在应用能量的转化和守恒时,一定要明确存在哪些能量形式,哪种是增加的,哪种是减少的,然后再列式求解. 热点二对能量守恒定律的理解和应用1.对定律的理解 (1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等. (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. 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路. 2.应用定律解题的步骤 (1)分清有多少形式的能［如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等］在变化. (2)明确哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减少,并且列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式. (3)列出能量守恒关系式:ΔE减=ΔE增. 特别提示 1.应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能量在变化,求出减少的总能量ΔE减和增加的总能量ΔE增,然后再依据能量守恒定律列式求解. 2.高考考查该类问题,常综合平抛运动、圆周运动以及电磁学知识考查判断、推理及综合分析能力. 热点三摩擦力做功的特点
量守恒定律的定义 这就叫做质量守恒定律(law of conservation of mass) 原子的种类没有改变，数目没有增减，原子的质量也没有改变。 质量守恒定律简解 种变化或过程，其总质量保持不变。18 后，这一定律始得公认。20 简称质能守恒定律）。 验证 20世纪初，德国和英国化学家分别做了精确度极高的实验，以求能得到更精确的实验结果，反应前后的质量变化小于一千万分之一，这个误差是在实验误差允许范围之内的，因此质量守恒定律是建立在严谨的科学实验基础之上的。质量守恒定律就是参加化学反应的各 物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。例如， 质量守恒定律即， 中，参加反应的各物质的总和等于反应后生成的各物质总和。微观解释：在化学反应前后，原子的种类，数目，质量均不变。六个不变：宏观：1.反应前后物质总质 量不变 3.物质的总质量不变微观：4.原子的种类不变；5.原子的数
目不变；6.原子的质量不变。两个一定改变：宏观：物质种类改变。微观：物质的粒子构成方式一定改变。两个可能改变：宏观：元素的化合价可能改变微观：分子总数可能改变。 质量守恒定律发现简史 1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧，锡发生变化，生成白色的氧化锡，但容器和容器里的物质的总质量，在煅烧前后并没有发生变化。经过反复的实验，都得到同样的结果，于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。但这一发现当时没有引起科学家的注意，直到1777年法国的拉瓦锡做了同样的实验，也得到同样的结论，这一定律才获得公认。但要确切证明或否定这一结论，都需要极精确的实验结果，而拉瓦锡时代的工具和技术(小于%的质量变化就觉察不出来)不能满足严格的要求。因为这是一个最基本的问题，所以不断有人改进实验技术以求解决。1908年德国化学家朗道耳特(Landolt)及1912年英国化学家 罗蒙诺索夫 曼莱(Manley)做了精确度极高的实验，所用的容器和反应物质量为1 000 g左右，反应前后质量之差小于 1 g，质量的变化小于一千万分之一。这个差别在实验误差范围之内，因此科学家一致承认了这一定律。 发展
能量守恒定律的典型例题 [例1]试分析子弹从枪膛中飞出过程中能的转化． [分析]发射子弹的过程是：火药爆炸产生高温高压气体，气体推动子弹从枪口飞出． [答]火药的化学能→通过燃烧转化为燃气的内能→子弹的动能． [例2]核电站利用原子能发电，试说明从燃料铀在核反应堆中到发电机发出电的过程中的能的转化． [分析]所谓原子能发电，是利用原子反应堆产生大量的热，通过热交换器加热水，形成高温高压的蒸汽，然后推动蒸汽轮机，带动发电机发电． [答]能的转化过程是：核能→水的内能→汽轮机的机械能→发电机的电能． [说明] 在能的转化过程中，任何热机都不可避免要被废气带走一些热量，所以结合量守恒定律可得到结论：
不消耗能量，对外做功的机器（称为第一类永动机）是不可能的； 把工作物质（蒸汽或燃气）的能量全部转化为机械能（称第二类永动机）也是不可能的． 【例3】将一个金属球加热到某一温度，问在下列两种情况下，哪一种需要的热量多些？（1）将金属球用一根金属丝挂着（2）将金属球放在水平支承面上（假设金属丝和支承物都不吸收热量）A．情况（1）中球吸收的热量多些 B．情况（2）中球吸收的热量多些 C．两情况中球吸收的热量一样多 D．无法确定 [误解]选（C）。 [正确解答]选（B）。 [错因分析与解题指导]小球由于受热体积要膨胀。由于小球体积的膨胀，球的重心位置也会变化。如图所示，在情况（1）中，球受热后重心降低，重力对球做功，小球重力势能减小。而在情况（2）中，
球受热后重心升高。球克服重力做功，重力势能增大。可见，情况（ 1）中球所需的热量较少。 造成[误解]的根本原因，是忽略了球的内能与机械能的转变过程。这是因为内能的变化是明确告诉的，而重力势能的变化则是隐蔽的。在解题时必须注意某些隐蔽条件及其变化。 [例4]用质量M=0．5kg的铁锤，去打击质量m=2kg的铁块。铁锤以v=12m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为零。设每次打击产生的热量中有η=50%被铁块吸收，共打击n=50次，则铁块温度升高多少？已知铁的比热C=460J/kg℃。 [分析] 铁锤打击过程中能的转换及分配关系为 据此，即可列式算出△t． [解答]铁锤打击n=50次共产生热量：
北京市丰台区物理第十二章 电能 能量守恒定律专题试卷 一、第十二章 电能 能量守恒定律实验题易错题培优（难） 1．用图甲中所示的电路测定一种特殊的电池的电动势和内阻，它的电动势E 约为8V ，内阻r 约为30Ω，已知该电池允许输出的最大电流为40mA ．为防止调节滑动变阻器时造成短路，电路中用了一个定值电阻充当保护电阻，除待测电池外，可供使用的实验器材还有: A ．电流表A(量程0.05A ，内阻约为0.2Ω) B ．电压表V(量程6V ，内阻20kΩ) C ．定值电阻R 1(阻值100Ω，额定功率1W) D ．定值电阻R 2(阻值200Ω，额定功率1W) E.滑动变阻器R 3(阻值范围0~10Ω，额定电流2A) F.滑动变阻器R 4(阻值范围0~750Ω，额定电流1A) G.导线和单刀单掷开关若干个 (1)为了电路安全及便于操作，定值电阻应该选___________；滑动变阻器应该选___________．(均填写器材名称代号) (2)接入符合要求的实验器材后，闭合开关S ，调整滑动变阻器的阻值，读取电压表和电流表的示数．取得多组数据，作出了如图乙所示的图线．根据图象得出该电池的电动势E 为___________V ，内阻r 为___________Ω．(结果均保留2位有效数字) 【答案】R 2 R 4 7.8 29 【解析】 【分析】 （1）应用欧姆定律求出电路最小电阻，然后选择保护电阻；根据电源内阻与保护电阻的阻值，选择滑动变阻器． （2）电源的U -I 图象与纵轴交点的坐标值是电源的电动势，图象斜率的绝对值是电源内阻． 【详解】 （1）[1]为保护电源安全，电路最小电阻 8 Ω200Ω0.040 R = =最小， 保护电阻阻值至少为 200Ω30Ω170Ω100Ω-=>，
一、选择题 1、关于能量的转化与守恒，下列说法正确的 是（） A．任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，都是一种徒劳 B．空调机既能致热，又能致冷，说明热传递不存在方向性 C．由于自然界的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人忧天 D．一个单摆在来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程的能量不守恒 2、下列过程中，哪个是电能转化为机械能 A．太阳能电池充电B．电灯照明C．电风扇工 作D．风力发电 3、温度恒定的水池中，有一气泡缓缓上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，若不考虑气泡内气体分子间的相互作用力，则下列说法中不正确的是 A．气泡内的气体对外做功 B．气泡内的气体内能不变
C．气泡内的气体与外界没有热交换 D．气泡内气体分子的平均动能保持不变 4、一个系统内能减少，下列方式中哪个是不可能的 A.系统不对外界做功，只有热传递 B.系统对外界做正功，不发生热传递 C.外界对系统做正功，系统向外界放热 D.外界对系统作正功，并且系统吸热 5、下列说法正确的是 A．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大 B．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减少 C．温度升高，物体内每个分子的热运动速率都增大 D．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性 6、一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比， A．气体内能一定增加B．气体内能一定减小
C．气体内能一定不变D．气体内能是增是减不能确定 7、有关气体压强，下列说法正确的是 A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大 B．气体的分子密度增大，则气体的压强一定增大 C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小 8、如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气 体，Q中为真空整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则 A．气体体积膨胀，内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体分子势能增加，压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中 9、关于物体内能的变化，以下说法中正确的 是（） A．物体机械能减少时，其内能也一定减少
黑龙江省大庆铁人中学物理第十二章 电能 能量守恒定律专题试卷 一、第十二章 电能 能量守恒定律实验题易错题培优（难） 1．用图甲中所示的电路测定一种特殊的电池的电动势和内阻，它的电动势E 约为8V ，内阻r 约为30Ω，已知该电池允许输出的最大电流为40mA ．为防止调节滑动变阻器时造成短路，电路中用了一个定值电阻充当保护电阻，除待测电池外，可供使用的实验器材还有: A ．电流表A(量程0.05A ，内阻约为0.2Ω) B ．电压表V(量程6V ，内阻20kΩ) C ．定值电阻R 1(阻值100Ω，额定功率1W) D ．定值电阻R 2(阻值200Ω，额定功率1W) E.滑动变阻器R 3(阻值范围0~10Ω，额定电流2A) F.滑动变阻器R 4(阻值范围0~750Ω，额定电流1A) G.导线和单刀单掷开关若干个 (1)为了电路安全及便于操作，定值电阻应该选___________；滑动变阻器应该选___________．(均填写器材名称代号) (2)接入符合要求的实验器材后，闭合开关S ，调整滑动变阻器的阻值，读取电压表和电流表的示数．取得多组数据，作出了如图乙所示的图线．根据图象得出该电池的电动势E 为___________V ，内阻r 为___________Ω．(结果均保留2位有效数字) 【答案】R 2 R 4 7.8 29 【解析】 【分析】 （1）应用欧姆定律求出电路最小电阻，然后选择保护电阻；根据电源内阻与保护电阻的阻值，选择滑动变阻器． （2）电源的U -I 图象与纵轴交点的坐标值是电源的电动势，图象斜率的绝对值是电源内阻． 【详解】 （1）[1]为保护电源安全，电路最小电阻 8 Ω200Ω0.040 R = =最小， 保护电阻阻值至少为 200Ω30Ω170Ω100Ω-=>，
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； （2）实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动。待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点； （3）打点计时器必须接50Hz的4V?D6V的交流电； （4）选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带；
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］
能量守恒定律的发现 热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。首先是德国医生迈尔（Robert Mayer，1814～1878）和英国物理学家焦耳（Janes Prescott Joule，1818～1889）各自通过独立地研究做出了相同的结论。迈尔于1845年出版的《论有机体的运动和新代》一书，描述了运动形式转化的众多情况。焦耳直接求得热功当量的数值，给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。1847年亥姆霍兹（Hermann Helmholtz，1821～1894）在有心力的假设下，根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律。在这段历史时期，由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用，以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究，对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。 1、能的概念的形成 法国物理学家笛卡尔（R．Descartes，1569～1650）最早提出“运动量”守恒（即动量守恒）的思想。他给人们留下最深刻的印象是：一个粒子体系在不受外力作用时，它们的总运动量保持不变；粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。不久，德国物理学家莱布尼兹（G．W．F．Leibniz，1646～1716）对笛卡尔提出挑战，他引入“活力”（Vis Viva）的概念。他所指的“活力”，是物体的质量与它的速度的平方之积，是一个标量；而笛卡尔的“运动量”是矢量。莱布尼兹认为“活力”才是“力”的真正量度；物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。莱布尼兹的“活力”实质相当于物体的动能，其数值等于动能的两倍。后来J．伯努利（J．Bernoulli，1667～1748）将“活力守恒”当作莱布尼兹的“活力”原理的一个推论提出，他认为当活力消失后，它并没有丧失作功的本领，而是变成了另一种形式。显然，J．伯努利扩大了莱布尼兹的“活力”所指的围，把势能也列入了活力的畴。 笛卡尔和莱布尼兹的争论持续了半个世纪，最后调合双方的是数学家达朗贝尔（J．L．D’Alembert，1717～1783）。他指出这场争论只不过是术语的问题，实质问题是统一的，因为笛卡尔的“运动量”是力对时间的积分，而莱布尼兹的“活力”是力对空间线度的积分。这里面蕴藏有冲量积分的思想。 1787年，法国数学家拉格朗日（J．L．Lagranage，1736～1813）在《分析力学》一书中证明，在某些粒子系统中，每一个粒子相对于参照系的位置和速度的函数，不管发生什么运动总是保持不变。这个函数是两部分之和，一部分表示运动的动能，另一部分表示势能（当时还没有“动能”和“势能”这两个术语）。这个函数是拉格朗日函数，它对速度的偏微商等于笛卡尔的“运动量”，即现在所称的动量。由此可见，“活力”守恒或机械能守恒原理，就是由拉格朗日等一些数学家和力学家提出来的。 1807年，（T．Young，1773～1829）创造了“能”这个词。1826年，蓬瑟勒（J．V．Poncelet，1788—1867）又创造了“功”一词。从此以后，机械能守恒定律就不仅是数学家著作中那种抽象的、广义的函数形式，而是物体的具体运动形式和规律的直观写照了。 伏打电池的发明（1800年）给揭示能量转化与守恒现象开拓了更广阔的前景，热、光、电、磁和化学结合，生物的生命力在能量概念的基础上开始逐步统一起来。卡里斯尔（A．Carlisle）和尼柯尔逊（W．Nicholson）电解水的实验（1800年）表明电能和化学能可以相互转化；奥斯特（H．Oersted）发现的电流磁效应（1820年）表明电能与磁能存在某种可转化的关系；法拉第的电磁旋转现象（1821年）第一次揭示了电磁能转化为机械能的可能性；塞贝克发现的温差电（1822年）证明热能可以转化为电能、法拉第在1831年发
第3节能量守恒定律测试 1、下列关于机械能守恒的说法中，正确的是（） A .做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒 B .做匀变速运动的物体的机械能不可能守恒 C .如果没有摩擦力和介质阻力，运动物体的机械能一定守恒 D .物体只发生动能和势能的相互转换时，物体的机械能守恒 2、试以竖直上抛运动为例，证明机械能守恒.设一个 质量为m 的物体，从离地h i 处以初速v i 竖直上抛，上 升至 h 2高处速度为V 2,如图7-7-1所示. 3、在下列情况中，物体的机械能守恒的是（不计空气阻 力）（） A .推出的铅球在空中运动的过程中 B .沿着光滑斜面匀加速下滑的物体 C .被起重机匀速吊起的物体 D .细绳的一端系一小球，绳的另一端固定，使小球在竖直平面 内做圆周运动 4、如图7-7-2所示，某人以拉力F 将物体沿斜面拉下，拉力大小等 于摩擦力，则下列说法中正确的是（） A .物体做匀速运动 B .合外力对物体做功等于零 C .物体的机械能保持不变 |卽才 陀一 87-7-1
D.物体机械能减小5、下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是（） A .运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒 B .运动的物体，若受合外力不为零，则其机械能一定不守恒 C.合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒 D .运动的物体，若受合外力不为零，其机械能有可能守恒 6、当物体克服重力做功时，物体的（） A .重力势能一定减少，机械能可能不变 B .重力势能一定增加，机械能一定增加 C.重力势能一定增加，动能可能不变 D .重力势能一定减少，动能可能减少 7、物体在空中以9. 8m/s2的加速度加速下降，则运动过程中物体 的机械能（） A .增大 B .减小C.不变D .上述均有可能 &如图7-7-3所示，物体沿光滑半圆形凹面从A 点滑至B点的过程中，物体受力和力的作用，其中只 有力做功，重力势能，动能，但两者之和. 9、竖直向上将子弹射出，子弹在上升过程中，子弹的动能，重力势能.在最高点时子弹的动能为，重力势能达。由于空气阻力的存在, 最高点时的重力势能于射击时的初动能，子弹的机械能。 10、一质量为m的皮球，从不同高度自由落下时反弹起来后能上升的最大高度是原来的，现将该球从高为h处竖直向下抛出，要使它反弹到h
浙江省台州市物理第十二章电能能量守恒定律专题试卷 一、第十二章电能能量守恒定律实验题易错题培优（难） 1．在练习使用多用电表的实验中， (1)某同学使用多用电表的欧姆档粗略测量一定值电阻的阻值R x，先把选择开关旋到“×10”挡位，测量时指针偏转如图所示．以下是接下来的测量过程： a．将两表笔短接，调节欧姆档调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，然后断开两表笔 b．旋转选择开关至交流电压最大量程处（或“OFF”档），并拔出两表笔 c．将选择开关旋到“×1”挡 d．将选择开关旋到“×100”挡 e．将选择开关旋到“×1k ”挡 f．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值R x，断开两表笔 以上实验步骤中的正确顺序是________（填写步骤前的字母）． (2)重新测量后，指针位于如图所示位置，被测电阻的测量值为____Ω． (3)如图所示为欧姆表表头，已知电流计的量程为I g=100μA，电池电动势为E=1.5V，则该欧姆表的内阻是____kΩ，表盘上30μA刻度线对应的电阻值是____kΩ． (4)为了较精确地测量另一定值电阻的阻值R y，采用如图所示的电路．电源电压U恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出．
①用多用电表测电路中的电流，则与a点相连的是多用电表的____（选填“红”或“黑”）表笔． ②闭合电键，多次改变电阻箱阻值R，记录相应的R和多用电表读数I，得到R－1 I 的关系 如图所示．不计此时多用电表的内阻．则R y＝___Ω，电源电压U＝___V． (5)一半导体电阻的伏安特性曲线如图所示．用多用电表的欧姆挡测量其电阻时，用“×100”挡和用“×1k”挡，测量结果数值不同．用____（选填“×100”或“×1k”）挡测得的电阻值较大，这是因为____________． 【答案】dafb 2200 15k?35kΩ红 200 8 ×1k 欧姆表中挡位越高，内阻越大；由于表内电池的电动势不变，所以选用的挡位越高，测量电流越小；该半导体的电阻随电流的增大而减小，所以选用的档位越高，测得的电阻值越大 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]先把选择开关旋到“×10”挡位，测量时指针偏转如图所示．指针指在示数较大处，为使指针指在刻度盘中央附近，应换用“×100 ”挡(几百×10=几十×100)，再欧姆调零，测量，
能量守恒定律发现者光环的背后 天才业余科学家迈尔的坎坷人生 西北师范大学教育学院黄鹏郎和邓天华选自《物理教师》2009年第10期 能量守恒定律与细胞学说、进化论被合称为 19世纪自然科学的三大发现。而能量守恒定律的 首次公开提出，却出自于一个“疯子”医生—— J·R·迈尔（Julius Robert Mayer，1814～1878）。 迈尔，1814年11月25日生于德国符腾堡（今巴 登一符腾堡）的海尔布隆，1838年获蒂宾根大学 医学系博士学位，一生行医。作为一个医者，是 如何与能量守恒定律联系起来的？这得从一次 旅行说起。 1．爪哇的发现——激发迈尔发 现能量守恒定律的第一朵火花 1840年2月，迈尔充当船医，从荷兰驶往东 印度。当航行到热带地区东爪哇时，他发现海员患者的静脉血比在欧洲时更红。在拉瓦锡燃烧理论的启发下，他认为这是由于血液含氧较多的缘故。因为在热带高温的情况下，人的机体只需要吸收食物中较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此在静脉血里留下了较多的氧。迈尔在1840年7月中旬的这一发现，是激发他发现能量守恒定律的第一朵火花。这一发现激发了迈尔的一连串思考，使他联想到人的体力所作的功。迈尔认为，食物所含的化学能像机械能一样，可以转化为热。他还听到海员们说暴风雨时海水比较热，这也启发他联想到热与机械运动的相当性。 2．坎坷的论文发表历程 2．1 1841年未予发表的处女作 1841年2月回到海尔布隆以后，迈尔立即开业行医，并颇有声誉。与此同时，他也不断的进行科学思考。他深信在热与功之间，必有一个恒定的关系。然而他对相关物理学的思想了解甚少，只是通过哲学的思辨认为他的想法可信，难以作出具体的物理学表述。 1841年夏，迈尔把想法整理成一篇论文“关于力的量和质的测定”（Uber die quantitative und qualitative Bestimmung der Krafte）。（当时德文中的“力”（Kraft）相当于以后的“能”（Energie））论文首先指出：自然科学的任务是用因果关系来解释无机世界和有机世界的各种现象，一切现象都在变化，变化不可能没有原因，这种原因就是力。他认为：“力是不灭的”，“力在量上是不变的”。在论文中，迈尔用质量和速度的乘积（mc）来表示运动的量（即动能），并由此讨论了两个粒子的碰撞问题。这篇论文于1841年6月投给J.C.波根多夫