| 能量守恒定律与能源 |
主编：黄冈中学物理集体备课组
一、能量守恒定律
1、导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：（1）确认了永动机的不可能性；（2）发现了各种自然现象之间的相互联系和转化．
2、内容：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，能量的总量保持不变．这就是能量守恒定律．
3、理解：
(1)某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，而且减少量和增加量相等；
(2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，而且减少量和增加量相等．
4、用能量守恒定律解题的一般步骤：
(1)首先分析系统的能量，弄清哪种形式的能量在增加，哪种形式的能量在减少，
(2)分别列出减少的能量和增加的能量．
(3)根据能量守恒定律列方程△E减=△E增求解．
例1、一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法正确的是（ ）
A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
解析：
子弹射穿木块的过程中．由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．A选项没有考虑系统增加的内能，A错．C选项中应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加，C错．
答案：BD
二、能源和能量耗散
1、能源：是指自身能够提供可利用能量的物质．
①常规能源：已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等；
②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、能量的耗散：能量守恒定律指明，各种形式的能量可以互相转化，且在转化或转移过程中总和不变．但实际上，能量转化和转移也不是任意的，涉及内能的转化和转移都是有方向的．所以，机械能和其他能量一旦变为内能，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，这种现象叫能量耗散．
3、能量耗散表明，在能源的利用过程中，虽然能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，这就是能源危机更深层次的含意．
例2、下列说法正确的是（ ）
A．发电机能提供电能，所以发电机是能源
B．流动的河水能用来发电，所以流动的河水是能源
C．因为能量是守恒的，所以能源危机不可能
D．因为能量是守恒的，所以内能可以自发地转化成机械能
解析：
能源指自身能够提供可利用能量的物质，发电机自身并不提供能量，它只是将其它形式能转入后转化成了电能，所以A错B对．由于机械能与内能之间的转化具有方向性，所以选项C、D错误．
答案：B
例3、下列哪些现象属于能量的耗散（ ）
A．利用水流能发电产生电能
B．汽车刹车后动能转化成内能，使轮胎和地面发热
C．电池的化学能变成电能
D．火炉把屋子烤暖
答案：BD
例4、设想在一间与外界绝热的房间里，有一台正在工作的电冰箱，冰箱的门是开着的，那么室内的温度将（ ）
A．升高 B．降低
C．不变 D．都有可能
答案：A
例5、“和平号”空间站已于今年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看做圆轨道)开始，经过与大气摩擦．空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠人大海．此过程中，空间站原来的机械能中．除一部分用于销毁空间站和一部分被残片带走外，还有一部分能量E′通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量)．
(1)试导出以下列各物理量的符号表示散失能量E′的公式．
(2)算出E′的数值(结果保留两位有效数字)．
坠落开始时空间站的质量M=1.17×105kg；
轨道离地面的高度为h=146 km；
地球半径R=6.4×106m；
坠落空问范围内重力加速度可看做g=10 m/s2；
入海残片的质量m=1.2×104kg；
入海残片的温度升高△T=3000 k：
入海残片的入海速度为声速v=340m/s；
空间站材料每1 kg，升温1 K平均所需能量c=1.0×103J；
每销毁1 kg材料平均所需能量μ=1.0×107J．
解析：
(1)根据题给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g=10 m/s2．若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为Ep=Mgh ①
以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿定律可得
②
其中r为轨道半径，若以R地表示地球半径，则
r=R地＋h ③
由②③式可得空问站在近圆轨道上的动能为
Ek=
Mg(R地＋h) ④
由①④武得，在近圆轨道上空间站的机械能
⑤
在坠落过程中，用于销毁空间站所需的能量为
Q汽=(M－m)μ ⑥
用于残片升温所需的能量
Q残=cm△T ⑦
残片的动能为
Ek残=
mv2 ⑧
以E′表示其他方式散失的能量，则由能量守恒得
E=Q汽十Q残十Ek残十E′ ⑨
由此得
⑩
(2)将题设中的数据代入散失能量E′的表达式后得E′≈2.9×1012J．
答案：
(1)
(2) E′≈2.9×1012J
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