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解:在滚摆运动过程中,由于存在摩擦,总有一部分机械能转化为内能,故整个装置的机械能不守恒,但总的能量(即机械能和内能的总和)保持不变,这与能量守恒定律并不矛盾。
解:不能。因为高处水池中水的重力势能只有部分转化为叶轮的动能,而叶轮的动能有一部分用来打磨物体及克服摩擦力做功,不会全部提供给水泵用来提升水(或简答为“用于水泵提升水的能量只是从上面流下的水的动能的一部分”)
解:不能。由于从上面流到下面水池中的水不能全部被抽送到上面的水池中(或“对外做功消耗能量”“用来打磨物体消耗能量”“克服装置的摩擦要消耗能量”),上面水池中的水越来越少,一定时间后便不再有水从上面流下来,所以这个装置不能够“永动”。
【分析】
首先,滚摆上升高度逐渐减小,说明滚摆的机械能在减少。我们需要思考机械能减少的原因:滚摆在运动过程中,会受到空气阻力和摩擦阻力的作用,此时并非只有动能与重力势能相互转化,一部分机械能会转化为内能。接下来要区分机械能守恒和能量守恒定律的适用情况:机械能守恒的条件是只有动能和势能相互转化,没有其他形式能量的转化;而能量守恒定律是指所有形式的能量总和保持不变。所以滚摆的机械能不守恒,但机械能与内能的总和是守恒的,这与能量守恒定律并不矛盾。
【解析】
滚摆在运动过程中,动能与重力势能不断相互转化,但由于存在空气阻力和摩擦,总会有一部分机械能转化为内能,因此整个装置的机械能不守恒。然而,根据能量守恒定律,能量不会凭空消失,只是从一种形式转化为另一种形式,滚摆减少的机械能转化为了内能,所以机械能与内能的总和保持不变,这与能量守恒定律并不矛盾。
【答案】
在滚摆运动过程中,由于存在摩擦,总有一部分机械能转化为内能,故整个装置的机械能不守恒,但总的能量(即机械能和内能的总和)保持不变,这与能量守恒定律并不矛盾。
【知识点】
1. 机械能的转化
2. 能量守恒定律
3. 机械能的损耗
【点评】
本题重点考查对机械能守恒和能量守恒定律的理解,需要明确机械能守恒是有条件的(只有动能与势能相互转化),而能量守恒定律是普遍适用的,任何情况下所有形式的能量总和都保持不变,帮助学生厘清两者的区别,避免混淆。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1) 解题时需结合能量转化的损耗规律分析:上水池的水流下时,重力势能转化为叶轮的动能,但叶轮的动能并非全部用于驱动水泵,一部分会用于打磨工件、克服装置摩擦做功,因此水泵获得的能量小于水初始的重力势能,无法将下水池的水全部抽回上水池。
(2) 从能量守恒的角度思考:装置运行过程中持续有能量因打磨、摩擦等被消耗,上水池的水量会逐渐减少,最终无法维持水的循环,所以装置不能持续运转。
【解析】
(1) 不能。
理由:上水池中的水流下时,水的重力势能只有部分转化为叶轮的动能,而叶轮的动能一部分用于打磨工件,还有一部分要克服装置的摩擦做功,仅有剩余的能量能驱动水泵抽水,因此水泵获得的能量小于水最初的重力势能,无法将流到下水池的水全部抽回上水池。
(2) 不能。
理由:在装置运行过程中,不断有能量用于打磨工件、克服摩擦做功而损耗,上水池中的水会越来越少,一段时间后就没有水再流下来驱动叶轮,所以这个装置不能不停地工作,无法实现“永动”。
【答案】
(1) 不能;理由:上水池中水的重力势能只有部分转化为叶轮的动能,叶轮的动能有一部分用来打磨物体及克服摩擦力做功,不会全部提供给水泵用来提升水,无法将水全部抽回上水池。
(2) 不能;因为装置运行过程中不断有能量损耗,上水池中的水会逐渐减少,最终无法维持循环,装置不能持续工作。
【知识点】
能量守恒定律、机械能的转化与损耗
【点评】
本题借助“永动机”的设想,考查对能量守恒定律的理解,明确任何机械运行时都会存在能量损耗,永动机违背能量守恒定律,不可能实现。
【难度系数】
0.6