资源简介

(共32张PPT)
3　能量守恒定律
素养·目标定位
目标素养
1.历经能量守恒探索足迹,体验能量守恒观念的形成
2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律
3.理解第一类永动机是不可能制成的
知识概览
课前·基础认知
一、探索能量守恒的足迹
1.人类对能量的认识。
(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　,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能,通过做功可以　相互转化　。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.能量守恒观念的形成。
很多科学家对能量守恒观念的形成,做出了重要贡献。
(1)俄国化学家盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关。
(2)英国物理学家焦耳精确地测量了做功与传热之间的等价关系。
(3)德国医生迈尔表述了能量守恒定律。
(4)德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。
二、 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。
(1)各种形式的能可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
微判断 (1)各种能量之间可以转移或转化,但能量总量保持不变。(　　)
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。(　　)
√
×
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外
　做功　的机器。
2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了　能量守恒　定律。
3.意义:正是前人在探索永动机过程中的失败才使后人的思考走上了正确的道路。
课堂·重难突破
一 对能量守恒定律的理解
问题探究
有一种所谓“全自动”机械手表,既不需要上发条,也不用任何电源,却能不停地走下去。
讨论:
(1)这是不是一种永动机
(2)如果不是,维持表针走动的能量是从哪儿来的
提示:(1)这不是永动机。
(2)手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,手表指针就会停止走动。
归纳总结
1.对能量守恒定律的理解。
与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如,物体的机械能守恒,必须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它适用于任何物理现象和物理过程,是一切自然现象都遵守的基本规律。
2.能量守恒定律的意义。
(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量,从而把各种自然现象用能量规律联系起来,揭示了自然规律的多样性和统一性。
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围,从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物理学中解决问题的重要思维方法。
(3)具有重大实践意义,彻底粉碎了永动机的幻想。
典型例题
【例1】 能量守恒定律表明( 　)
A.能量可以被创造
B.能量可以被销毁
C.能量可以从一种形式转换为另一种形式
D.能量在转化过程中总量会减少
答案:C
解析: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另一个物体,总量不变,选项C正确,A、B、D错误。
二 能量守恒定律和第一类永动机
问题探究
(1)不耗油的汽车能不能制成,为什么 不消耗能量的汽车呢
(2)如图所示,18世纪人们发明的各种不同形式的“永动机”,现在这些“永动机”只能在博物馆中看到了,警示人们不要再做这方面的工作。试分析“永动机”不能成功的原因。
提示:(1)前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
(2)永动机违背了能量守恒定律。
归纳总结
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,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。
(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.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如物体的机械能守恒,必须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。
3.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典型例题
【例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
答案:ABC
解析:不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的,选项A正确。能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的,选项B正确。第一类永动机不可能制成,它违背了能量守恒定律,选项C正确。石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用和与地面碰撞,机械能减少,转化成了其他形式的能量,选项D错误。
成 果 验 收 站
1.下列说法正确的是(　　)
A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生了感应电流,说明电能是可以被创造的
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,说明能量是可以凭空产生的
答案:C
解析:磁体穿过线圈过程中是机械能转化成电能,选项A错误。太阳照射到宇宙空间的能量没有消失,选项B错误。马儿奔跑时同样需要消耗能量,故“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的,选项C正确。不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动的“全自动”手表是靠手臂的摆动提供能量的,它不违背能量守恒定律,选项D错误。
2.抽水蓄能电站可以在用电低谷时,将电网中多余的电能转化为水的重力势能,在用电高峰时,再将水的重力势能转化为电能输回电网,假定多余电能为5×104 kW·h,这部分多余的电能经储存再回到电网过程中将损失44%,则此蓄能电站能给电网补充的电能为(　　)　　　　　　　　　　　　　
A.2.2×104 kW·h B.2.8×104 kW·h
C.3.5×104 kW·h D.5×104 kW·h
答案:B
解析:此蓄能电站能给电网补充的电能为
Q=5×104 kW·h×(1-44%)=2.8×104 kW·h,选项B正确。
3.结合如图所示装置工作原理,有关功与内能的说法正确的是
(　　)
A.图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明传热可以使物体的温度升高
B.图乙中重物下落带动叶片
转动,由于叶片向水传递热
量而使水的温度升高
C.图丙中降落的重物使发
电机发电,电流对液体做功使液体的温度升高
D.做功和传热都可以使物体的内能增加
D
解析:题图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明做功可以改变物体的内能,使物体的温度升高,选项A错误;题图乙中重物下落带动叶片转动,由于叶片对水做功而使水的温度升高,选项B错误;题图丙中降落的重物使发电机发电,电流通过导体产生热量,向液体传递热量使液体的温度升高,选项C错误;做功和传热都可以使物体的内能增加,选项D正确。
4.(多选)如图所示,长木板A放在光滑的水平地面上,物体B以水平速度v0冲上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木板A上,则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.物体B动能的减少量等于系统损失的机械能
B.物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C.物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和
D.摩擦力对物体B做的功和对木板A
做的功的总和等于系统内能的增加量
CD
解析:物体B以水平速度冲上木板A后,由于摩擦力作用,B做减速运动,木板A做加速运动,根据能量守恒定律,物体B动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和,选项A错误;根据动能定理,物体B克服摩擦力做的功等于物体B损失的动能,选项B错误;由能量守恒定律可知,物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和,选项C正确;摩擦力对物体B做的功等于物体B动能的减少量,摩擦力对木板A做的功等于木板A动能的增加量,由能量守恒定律,摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量,选项D正确。
5.(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
答案:AD
解析:小球在竖直平面内摆动,经过一段时间后,小球停止摆动,说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能,即机械能不守恒,选项A正确。小球的机械能转化为内能,能量的种类变了,但能量不会消失,选项B错误。小球长时间摆动过程中,重力势能和动能相互转化的同时,机械能不断地转化为内能,故摆动的幅度越来越小,但总能量守恒,选项C错误,D正确。

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