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3. 能量守恒定律
人教版（2019）物理（选择性必修第三册）
第三章 热力学定律
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.知道人类对能量概念的认识过程，并能理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义
2.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律
3.知道第一类永动机是不可能实现的
让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复……这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？
正确教育
探索能量守恒的足迹
人类对能量的认识
风能
水能
光能
电能
人类对能量的认识
能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。
所有自然现象都涉及能量，不同形式的运动都可以用能量来描述。
内能
机械能
光能
能量的转化
要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。
重力势能与动能转化
热能与电能转化
电能与磁能转化
1831年
法拉第发现
电磁感应现象
1820年
奥斯特发现
电流的磁效应
1798年
伦福德的实验表明热的本质是运动
1821年
塞贝克发现温差电现象
1836年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
1842年
迈尔表述了能量守恒定律
1841年
焦耳发现电流的热效应
1843年
焦耳测定做功与传热的关系
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
能量守恒观念的形成
盖斯
迈尔
焦耳
亥姆霍兹
化学反应放出的热量与反应步骤无关
电流的热效应
提出能量守恒的思想
概括和总结
能量守恒定律
1.关于能量的转化，下列说法中正确的是（　　）
A．克服重力做功，重力势能增加
B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的
C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了。
D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
经典例题
A
答案：A
解析：A．克服重力做功，说明重力做负功，重力势能增加，故A正确；
B．能量是守恒的，但能量转换过程中有损耗，所以“永动机”是不存在的，故B错误；
C．我们要节约能源的根本原因是可利用能源在数量上不断减少，总量不变，故C错误；
D．虽然能量守恒，但能量转化具有方向性，可利用能能源逐渐减少，故D错误。
故选A。
正确教育
能量守恒定律
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。
能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
E初=E末
意义
能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程
（1）在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如：物体运动具有机械能，分子运动具有内能等；
（2）某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；
（3）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。
能量守恒定律的深刻理解
（1）热力学第一定律揭示了功、热量和内能的变化量的定量关系，同时也体现了功、热量和物体内能的变化满足一种守恒关系。因此热力学第一定律也是能量守恒定律的一种具体情况。
（2）不同力做功对应着不同的能量转化关系，能量的具体值没有多大意义，多数情况下，我们更关心能量的变化量。功是能量变化的量度，即W = E，这也是应用能量守恒定律解题时常用的一种表达式。
正确教育
永动机不可能制成
揭秘小鸭饮水
玻璃管
吸水毛毡
乙醚
饮水鸭不断饮水的原因
永动机
不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。
（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）
历史上的永动机
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
螺旋永动机
17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。
滚球永动机
19世纪有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。
软臂永动机
1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。
螺旋永动机
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。
磁力永动机
永动机
第一类永动机不可能制成的原因
（1）如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2（2）层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。
第一类永动机不可能制成的原因
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。
化学能→内能→机械能
电能→机械能
2.下列说法中正确的是（　　）
A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加
B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒
C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的
D．随着科技的发展，永动机是可以制成的
经典例题
A
答案：A
解析：A．根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故A正确；
B．能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故B错误；
C．根据能量守恒定律，能量是不能创生的，故C错误；
D．永动机违背了热力学第一和第二定律，故是不可能制造成功的，故D错误；
故选A。
3.“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．没有合理的设计方案
D．找不到合适的材料
B
经典例题
答案：B
解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。
故选B。
能量守恒定律
探索能量守恒的足迹
永动机不可能制成：违背了能量守恒定律
能量守恒定律
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。
表达式：E初=E末
下列说法中错误的是（　　）
A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变
A
答案：A
解析：各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，BCD正确，不符合题意。
下列说法正确的是（　　）
A．气体吸收了热量，其温度一定升高
B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显
D．晶体均有规则的几何形状
B
答案：B
解析：A．由热力学第一定律 ，可知气体吸收热量，如果气体对外做功，内能可能减小，则其温度可能降低，故A错误；
B．做功的过程就是能量转化的过程，第一类永动机指的是不消耗能量就能做功的机器，因违反了能量守恒定律不可能造成，故B正确；
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，故C错误；
D．晶体分为单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何形状，故D错误。
故选B。
下列关于能的转化和守恒定律的认识不正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的增加
B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
D
答案：D
解析：A、根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其它形式的能一定增大；故A正确；
B、某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加；故B正确；
C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器--永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的；故C正确；
D、石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误．本题选不正确的，故选D
能源是社会发展的基础．下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（ ）
A．能量是守恒的，能源是取之不尽．用之不竭的
B．能量的耗散反映了能量是不守恒的
C．开发新能源,是缓解能源危机的重要途径
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”
C
答案：C
解析：A．能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质并不是取之不尽．用之不竭的，所以A项错误；
B．能量的耗散是一种形式能转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，所以B项错误；
CD．对能源的过度消耗将形成“能源危机”，自然界的能量不变，所以D项错误，C项正确。
故选C。
谢谢观看

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