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3.3能量守恒定律
选择性必修第三册&第三章 热力学定律
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？
课堂引入
阅读教材p54页，并回答问题。
1.了解能量守恒定律的研究历程，梳理主要物理学家的贡献；
阅读并回答：
一、探索能量守恒的足迹—思考
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，人类活动离不开能量，能量具有不同的形式。
内能
机械能
光能
探索能量守恒的足迹
（1）能量具有不同的形式
一、探索能量守恒的足迹—能量形式
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
人类对能量的认识
（2）能量之间的转化
一、探索能量守恒的足迹—能量转化
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
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
1843年
焦耳测定做功与传热的关系
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
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
人类对能量的认识
（3）能量守恒观念的形成
能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。
一、探索能量守恒的足迹—观念形成
阅读教材p56页，并回答问题。
1.什么是能量守恒定律？
阅读并回答：
二、能量守恒定律—思考
能量守恒定律
1.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
2.意义
二、能量守恒定律—内容
能量守恒定律
3.说明
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
机械运动———机械能
热运动———内能
化学运动——化学能
电荷运动——电能
生物运动——生物能
原子核内部的运动——原子能
②不同形式的能量之间可以相互转化。
二、能量守恒定律—说明
阅读教材p57页，并回答问题。
1.从能量守恒角度分析为什么永动机不可以制成？
阅读并回答：
三、永动机不可能制成—思考
永动机不可能制成
饮水鸭不断饮水的原因
三、永动机不可能制成—解析
1.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。
2.历史上的永动机
螺旋永动机
达·芬奇
滚球永动机
马尔基斯
软臂永动机
19世纪设计
三、永动机不可能制成—内容
（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。
3.第一类永动机不可能制成的原因
4.永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
三、永动机不可能制成—原因
　 如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体内能的增加量。(g取10 m/s2，忽略大气压力及摩擦阻力的影响)
[解析]　由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10-2 J＝20 J。
典例分析
[答案]　20 J
　2.(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　 　)
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
ABC
典例分析
3.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动。下列说法中正确的是(　　)
A．小球机械能不守恒
B．小球能量正在消失
C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化
D．总能量守恒，但小球的机械能减少
AD
典例分析
本课小结
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
课堂总结
1．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化情况是(　　)
A．减小20 J　　　　　　　 B．增大20 J
C．减小220 J D．增大220 J
解析：研究对象为气体，外界对其做功W＝－100 J，吸收热量Q＝
120 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J。ΔU>0，说明气体的内能增加。
B
课堂练习
2．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块。对此过程，下列说法中正确的是(　　)
A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量
B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能
C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能
D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和
A
课堂练习
解析：对木块由动能定理可判断出A项正确；子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误。
课堂练习
3．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是(　　)
A．机械制造的技术没有过关
B．违反了牛顿运动定律
C．违反了电荷守恒定律
D．违反了能量守恒定律
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。
D
课堂练习
4．0 ℃的水结成0 ℃的冰，对此过程应用热力学第一定律，以下关于符号的说明正确的是(　　)
A．Q＞0，W＞0，ΔU＞0 B．Q＞0，W＜0，ΔU＜0
C．Q＜0，W＜0，ΔU＜0 D．Q＜0，W＞0，ΔU＜0
解析：0 ℃的水结成0 ℃的冰，在此过程中体积增大，对外做功，所以W＜0，该过程中放出热量，所以Q＜0，结合热力学第一定律可知，水的内能减少，所以ΔU＜0，故C正确，A、B、D错误。
C
课堂练习
5.(新情景题)(多选)现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭的气体的作用下，起到延缓震动的目的。如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是(　　)
课堂练习
A．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度不变
B．活塞迅速下压时汽缸内的气体压强增大
C．活塞下压后迅速反弹时汽缸内有些气体分子的速率增大
D.活塞下压后迅速反弹时汽缸内气体内能增加
答案：BC
课堂练习
解析：如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，压强增大，故A错误，B正确；活塞下压后迅速反弹时，气体对外做功，来不及吸热，气体内能减少，温度降低，气体分子平均速率减小，但不是每个气体分子的速率都减小，有些分子的速率可能增大，故C正确，D错误。
课堂练习

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