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第三章
课时3　能量守恒定律
热力学定律
核心 目标 1．知道人类对能量概念的逐步认识过程，并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．知道第一类永动机是不可能实现的．
必备知识 记忆理解
要点
1
探索能量守恒的足迹
1．俄国化学家盖斯研究发现，任何一个化学反应，放出的总热量相同．
2．________的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系， 从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步．
3．德国医生迈尔猜想热与机械运动的等效性是公认的第一个提出能量守恒思想的人．
4．德国科学家亥姆霍兹从永动机不可能制成这一事实出发，提出了“张力”(即势能)与“活力”(即动能)的转化．他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题．
焦耳
要点
2
能量守恒定律
1．内容：能量既不会凭空________，也不会凭空________，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的________保持不变．
2．意义：能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件．恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一．
产生
消失
转化
转移
总量
要点
3
永动机不可能制成
1．永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地____________的机器．
2．永动机不可能制成的原因：违背了____________定律．
3．意义：正是历史上设计永动机的________，才使后人的思考走上了正确的道路．
特别提醒：在利用能量转化与守恒定律解题时，一定要明确过程中哪些能量在转化或转移，确定好初、末状态的能量E初、E末或确定能量的变化ΔE增、ΔE减各为多少，再由E初＝E末或ΔE增＝ΔE减列式求解．
对外做功
能量守恒
失败
1．易错辨析
(1) 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加． (　　)
(2) 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加． (　　)
(3) 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． (　　)
√
√
√
2．“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．它做功产生的热不符合热功当量
D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
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，B正确．
B
把握考向 各个击破
能量守恒定律
考向
1
1．能量的存在形式及相互转化
(1) 各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．
(2) 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
2．能量守恒定律解题的方法
(1) 首先分析有哪几种形式的能量在参与转化．分别列出增加的能量与减少的能量的表达式．
(2) 利用ΔE增＝ΔE减列式求解
①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．
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．
　　　关于能源，下列说法中正确的是 (　　)
A．根据能量守恒定律，我们不需要节约能源
B．化石能源、水能和风能都是不可再生的能源
C．“华龙一号”(核电技术电站)工作时，它能把核能转化为电能
D．能量的转化、转移没有方向性
1
C
解析：虽然能量是守恒的，但能量耗散使在环境中的内能再也不能被人类利用，即能量的可利用率越来越低，能量的品质越来越低，不能被人们利用，方便使用的能源在减少，故我们仍需要节约能源，A错误；化石能源是不可再生能源，水能和风能都是可再生的能源，B错误；“华龙一号”(核电技术电站)工作时，它能把核能转化为电能，C正确；根据热力学第二定律可知，有些能量的转化、转移具有方向性，如机械能和内能的相互转化，D错误．
　　　下列关于能量守恒定律的认识，错误的是 (　　)
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．对物体做功，物体的内能可能减小
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了
2
解析：根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误．
D
第一类永动机不可能制成的相关分析
考向
2
1．第一类永动机
人们把设想中的既不消耗_______又能源源不断地___________的机器叫作第一类永动机，它违背了能量转化和守恒定律，因此，第一类永动机是不可能制成的．
2．第一类永动机失败的原因分析
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能量
对外做功
　　　如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法中正确的是 (　　)
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
3
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．
D
　　　最近网络上有人做了一个与电磁感应相关的实验，如图所示，他把一个线圈放置在支架上，旁边放置一个磁铁，用手转动线圈后，线圈就会一直运动下去，演示得有板有眼．这是一种假象，我们应该用科学的物理观念认识此实验，显然它违背了 (　　)
A．法拉第电磁感应定律
B．电阻定律
C．欧姆定律
D．能量转化和守恒定律
4
解析：永动机不存在，线圈不可能一直转动，违背了能量转化和守恒定律；D正确．
D
随堂内化 即时巩固
1．(多选)下列关于第一类永动机的说法中，正确的是 (　　)
A．永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．永动机不能制成的原因是违背了机械能守恒定律
C．永动机不能制成的原因是技术问题
D．永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
解析：永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．故A、D正确，B、C错误．
AD
2．(多选)根据能量转化和转移的方向性，下列说法中正确的是(　　　)
A．电流的电能不可能全部转化为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D．能量不能被创造或被消灭
解析：根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确．
BCD课时3　能量守恒定律
考向1　能量守恒定律
1. 下列说法中错误的是(　　)
A. 能量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. 能量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
2. 下列说法中正确的是(　　)
A. 自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B. 电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C. 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的
D. 能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少
3. 在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中错误的是(　　)
A. 做功可以改变物体的内能
B. 热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化
C. 在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化
D. 能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变
考向2　第一类永动机不可能制成的相关分析
4. “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. 它做功产生的热不符合热功当量
D. 暂时找不到合理的设计方案和理想材料
5. 下列说法中正确的是(　　)
A. 随着科技的发展，永动机是可以制成的
B. 太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C. “既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
D. 有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
6. 如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后体积相等，则(　　)
A. A球吸收的热量较多
B. B球吸收的热量较多
C. 两球吸收的热量一样多
D. 无法确定
7. 如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中，正确的是(　　)
A. 子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能
B. 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能
C. 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能
D. 子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能
8. (多选)关于能量转化，下列说法中正确的是(　　)
A. 举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为机械能
B. 电流通过电阻丝使电能转化为内能
C. 内燃机做功的过程是机械能转化为内能的过程
D. 做功过程是能量转化过程，某过程做了10 J 的功，一定有10 J的能量发生了转化
9. (2025·江苏无锡高级中学期中)能源是人类社会活动的物质基础，节约能源应成为公民的行为习惯.下列说法中正确的是(　　)
A. 太阳能转化为电能过程中能量增加
B. 能量耗散会降低能源利用的品质
C. 能量耗散过程中能量在不断减少
D. 能量总是守恒的，所以不需要节约能源
10. 如图所示是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着O点不停摆动，一会儿它又会俯下身去，再“喝”一口水.A、B是鸟上两点，下列说法中正确的是(　　)
A. A、B两点的向心加速度大小相同
B. A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同
C. 此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生
D. 此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成
11. (多选)如图所示，汽缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气.开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在原位置下方h处，设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，重力加速度为g，下列说法中正确的是(　　)
A. 甲气室中气体体积减小，温度升高
B. ΔE>mgh
C. ΔED. ΔE＝mgh
课时3　能量守恒定律
1. 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，B、C、D正确.
2. C　解析：自然界的能量的总和是守恒的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，A错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，B错误；电能通过电场力做功，把电能转化为其他形式的能量，C正确；能量耗散是针对一个系统(或一个物体)而言，能量在自然界中是守恒的，D错误.
3. B　解析：做功和热传递都可以改变物体的内能，故A正确，不符合题意；热传递是不同物体间的内能相互转移，故B错误，符合题意；在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化，故C正确，不符合题意；能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了.根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，故D正确，不符合题意.
4. 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，B正确.
5. C　解析：永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了能量转化和守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误.
6. B　解析：两球初、末态温度相同，初、末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B.
7. D　解析：子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，然后共同摆起一定高度的过程中机械能守恒，不再有机械能转化为内能.故D正确.
8. ABD　解析：运动员举重物过程中消耗了体内储存的化学能，能量发生了转化，使重物的机械能增加，A正确；电流通过用电器，用电器工作，此过程中通过电流做功，使电能转化为内能，B正确；内燃机中燃料燃烧膨胀，对外做功，内能转化为机械能，C错误；功是能量转化的量度，D正确.
9. B　解析：太阳能转化为电能过程中会有能量损失，A错误；能量耗散会降低能源利用的品质，B正确；能量总是守恒的，能量耗散过程中总能量不会减少，C错误；能量总是守恒的，但是可利用的能源逐渐减小，所以需要节约能源，D错误.
10. B　解析：根据同轴转动角速度相等知，A、B两点的角速度大小相同，根据v＝ωr知A点半径大，线速度较大，B正确；根据a＝ω2r知A点半径大，加速度较大，A错误；饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻璃管连接，内部装有易挥发的液体.其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前方的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，C错误；此过程不违反能量守恒定律，可能发生，说明第一类永动机不可以制成，D错误.
11. AB　解析：在绝热过程中，甲气室中气体体积减小，外界对它做正功，内能增加，温度升高，A正确；乙气室中气体体积增加，它对外界做功，内能减少；活塞下落，重力势能减少，设乙气室中气体对活塞的力做功为W乙，由题可知W乙为正值，由能量守恒定律可以得出ΔE＝mgh＋W乙，C、D错误，B正确.课时3　能量守恒定律
核心 目标 1．知道人类对能量概念的逐步认识过程，并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．知道第一类永动机是不可能实现的．
要点梳理
要点1　探索能量守恒的足迹
1．俄国化学家盖斯研究发现，任何一个化学反应，放出的总热量相同．
2．__焦耳__的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系， 从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步．
3．德国医生迈尔猜想热与机械运动的等效性是公认的第一个提出能量守恒思想的人．
4．德国科学家亥姆霍兹从永动机不可能制成这一事实出发，提出了“张力”(即势能)与“活力”(即动能)的转化．他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题．
要点2　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__为其他形式，或者从一个物体__转移__到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的__总量__保持不变．
2．意义：能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件．恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一．
要点3　永动机不可能制成
1．永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地__对外做功__的机器．
2．永动机不可能制成的原因：违背了__能量守恒__定律．
3．意义：正是历史上设计永动机的__失败__，才使后人的思考走上了正确的道路．
特别提醒：在利用能量转化与守恒定律解题时，一定要明确过程中哪些能量在转化或转移，确定好初、末状态的能量E初、E末或确定能量的变化ΔE增、ΔE减各为多少，再由E初＝E末或ΔE增＝ΔE减列式求解．
即学即用
1．易错辨析
(1) 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加．(　√　)
(2) 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．(　√　)
(3) 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．(　√　)
2．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为(　B　)
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．它做功产生的热不符合热功当量
D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
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，B正确．
考向1　能量守恒定律
1．能量的存在形式及相互转化
(1) 各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．
(2) 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
2．能量守恒定律解题的方法
(1) 首先分析有哪几种形式的能量在参与转化．分别列出增加的能量与减少的能量的表达式．
(2) 利用ΔE增＝ΔE减列式求解
①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．
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．
　关于能源，下列说法中正确的是(　C　)
A．根据能量守恒定律，我们不需要节约能源
B．化石能源、水能和风能都是不可再生的能源
C．“华龙一号”(核电技术电站)工作时，它能把核能转化为电能
D．能量的转化、转移没有方向性
解析：虽然能量是守恒的，但能量耗散使在环境中的内能再也不能被人类利用，即能量的可利用率越来越低，能量的品质越来越低，不能被人们利用，方便使用的能源在减少，故我们仍需要节约能源，A错误；化石能源是不可再生能源，水能和风能都是可再生的能源，B错误；“华龙一号”(核电技术电站)工作时，它能把核能转化为电能，C正确；根据热力学第二定律可知，有些能量的转化、转移具有方向性，如机械能和内能的相互转化，D错误．
　下列关于能量守恒定律的认识，错误的是(　D　)
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．对物体做功，物体的内能可能减小
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了
解析：根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误．
考向2　第一类永动机不可能制成的相关分析
1．第一类永动机
人们把设想中的既不消耗__能量__又能源源不断地__对外做功__的机器叫作第一类永动机，它违背了能量转化和守恒定律，因此，第一类永动机是不可能制成的．
2．第一类永动机失败的原因分析
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　如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法中正确的是(　D　)
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．
　最近网络上有人做了一个与电磁感应相关的实验，如图所示，他把一个线圈放置在支架上，旁边放置一个磁铁，用手转动线圈后，线圈就会一直运动下去，演示得有板有眼．这是一种假象，我们应该用科学的物理观念认识此实验，显然它违背了(　D　)
A．法拉第电磁感应定律
B．电阻定律
C．欧姆定律
D．能量转化和守恒定律
解析：永动机不存在，线圈不可能一直转动，违背了能量转化和守恒定律；D正确．
1．(多选)下列关于第一类永动机的说法中，正确的是(　AD　)
A．永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．永动机不能制成的原因是违背了机械能守恒定律
C．永动机不能制成的原因是技术问题
D．永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
解析：永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．故A、D正确，B、C错误．
2．(多选)根据能量转化和转移的方向性，下列说法中正确的是(　BCD　)
A．电流的电能不可能全部转化为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能
C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能
D．能量不能被创造或被消灭
解析：根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确．

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