新教材同步辅导2023年高中物理第三章热力学定律3.3能量守恒定律课件新人教版选择性必修第三册

第三章热力学定律学习目标1.通过阅读教材和查阅资料,了解能量概念的逐步认识过程,知道不同形式的能量之间可以相互转化,能够用守恒的观点分析问题,体会能量守恒定律建立过程的曲折.2.通过分析机械能守恒定律和热力学第一定律,得出能量守恒定律,掌握能量守恒定律的内容,理解能量守恒定律的重要意义,知道第一类永动机是不可能制成的,学会用守恒的观点分析物理现象,培养应用物理知识解决实际问题的能力.3

能量守恒定律知识点一

探索能量守恒的足迹1.不同形式的能量.能量具有不同的形式,各种不同的自然现象都可以用能量来描述.(1)图甲中，炙热的钢水具有

.(2)图乙中，飞流直下的江水具有

.(3)图丙中，太阳光普照大地,使万物生长,太阳光具有

.(4)图丁中，电可以使电灯发光,电流具有

.内能机械能光能电能甲乙丙丁2.不同形式的能量之间的转化.

(1)如图A，风力发电将

转化为

.(2)如图B，微波炉工作时,

转化为

.(3)如图C，太阳能电池板将

转化为

.(4)如图D，伏打电池将

转化为

.风能电能电能内能太阳能电能化学能电能ABCD3.能量守恒观念的形成.(1)第一个提出能量守恒思想的科学家是

.(2)

的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系;俄国化学家

论证了化学反应中的能量守恒;德国科学家

分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题.迈尔焦耳盖斯亥姆霍兹知识点二能量守恒定律1.能量守恒定律.能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,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,能量的总量保持

.答案:没有.能量守恒定律是自然界的普遍规律,对任何的物理过程、化学过程、生物过程等自然现象均适用,被恩格斯列为19世纪的三大发现之一.它是自然科学长期发展和进步的结果,是普遍、和谐、可靠的自然规律之一.2.能量守恒定律有适用条件吗?有什么重要意义?转化转移不变知识点三永动机不可能制成永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器,人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.下图是历史上的一种永动机的设计,设计者认为一旦让这种机器转动起来,由于右侧小球的力矩大于左侧小球的力矩,机器就可以不停地转动下去,持续对外做功,永远不会停止.这种机器为什么不能制造成功?答案:这种永动机的设计思想违背了能量守恒定律,所以是不可能制成的.小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,说明机械能凭空消失了.()2.用太阳灶烧水时,太阳能转化为内能.()3.第一类永动机违背了能量守恒定律,故无论采用任何先进的技术都不可能制成.()4.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加.()5.能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的.()6.能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律,不需要任何附加条件.()×√√√×√探究一能量守恒定律问题情境如图所示的单摆,将摆球拉离平衡位置后放手,摆球左右摆动.1.如果不计空气阻力的影响,那么摆球做等幅振动.请说明摆动过程中能量转化的情况,摆球的机械能是否守恒,是否满足能量守恒.答案:下摆过程中重力势能转化为动能,上摆过程中动能转化为重力势能;摆球的机械能守恒;满足能量守恒.答案:摆球的机械能减少,一部分机械能转化为内能,故机械能不守恒.机械能和内能之和保持不变,仍满足能量守恒.机械能守恒是能量守恒在力学中的具体体现.2.实际上,空气的阻力不能忽略,摆球的摆动幅度会越来越小,摆球的机械能是否守恒?是否满足能量守恒?机械能守恒和能量守恒之间是什么关系?3.从改变物体内能的两种方式分析,热力学过程是否满足能量守恒.热力学第一定律与能量守恒定律之间是什么关系?答案:做功改变物体的内能是机械能向内能转化,在这一过程中,机械能和内能之和不变.传热是物体之间内能的转移,总内能保持不变.所以热力学过程均满足能量守恒.热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现.过程建构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:机械运动对应机械能,分子的热运动对应内能,还有电磁能、化学能、原子能等.(2)各种形式的能可以相互转化,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;汽车刹车过程中,轮子温度升高,机械能转化为内能.2.能量守恒定律的适用范围和重要意义.(1)适用范围:能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程,它是一切自然现象都遵守的基本规律.热力学第一定律是能量守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现.(2)能量守恒定律的重要意义.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定量的规律联系起来,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认识范围,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.能量守恒定律与细胞学说、生物进化论并称19世纪的三大发现.③具有重大实践意义,彻底粉碎了永动机的幻想.3.能量守恒的两种表达.(1)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,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.【典例1】(2023·广东广州)风力发电是一种环保的电能获取方式.下图为某风力发电示意图.设计每台风力发电机的功率为40kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%.空气的密度是1.29kg/m3,当地水平风速约为10m/s,则满足设计要求的风力发电机的叶片长度约为(

)A.10m

B.5m C.100m D.2m

答案:A应用能量守恒定律解题的思路探究二永动机不可能制成问题情境下图是“饮水小鸭”的示意图:小鸭的头和身体由两个玻璃球构成,并通过细玻璃管相连,下面的玻璃球中盛有一些乙醚,上面的玻璃球连同尖嘴被吸水毛毡包起来.按下小鸭的头部让“饮水小鸭”“喝”完一口水后,直立起来,直立一会儿,小鸭又会慢慢自动俯下身去,再“喝”一口,然后又会直立起来.如此循环往复……1.这种“饮水小鸭”是永动机吗?为什么?答案:不是永动机,因为永动机违背能量守恒定律,不可能制造成功.2.“饮水小鸭”是如何实现不停地“低头”饮水的?答案:小鸭头部的毛毡“饮水”后,水蒸发吸热,导致头部温度降低.上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化,压强减小,液柱上升(题图甲所示),小鸭重心上移,直到小鸭倾倒.处于倾倒位置的小鸭,头部再次被浸湿,上下玻璃球内的气体相通,压强相等,乙醚流回下玻璃球内(题图乙所示),重心下移,小鸭站立.3.小鸭不停地“低头”饮水,需要能量,这些能量来自哪里?该系统是否满足能量守恒?答案:小鸭头部毛毡上的水分蒸发吸收空气中的热量,因此小鸭能够持续工作下去;该系统满足能量守恒.过程建构第一类永动机不可能制成.(1)第一类永动机:人们设想中的不消耗能量的机器.(2)永动机给我们的启示.永动机的诱人前景曾使许多人致力于永动机的研究,但都以失败告终.能量守恒定律的发现使人们进一步认识到,任何一部机器,只要对外做功,就要消耗能量,能量只能从一种形式转化为其他的形式,或者从一个物体转移到其他的物体,而不能无中生有地创造能量.不消耗能量,却能不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的.人类利用和改造自然时,必须遵循自然规律.【典例2】(2022·广东深圳)文艺复兴时期,意大利的达·芬奇曾设计过一种转轮(如图所示),利用隔板的特殊形状,使一边重球滚到另一边距离轮心远些的地方,并认为这样可以使轮子不停地转动.下列说法正确的是(

)A.该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快B.该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快C.该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功D.该设计中使转轮成为永动机的设想是不可能实现的答案:

ABC解析:由杠杆平衡原理可知,重球滚到另一边距离轮心远些的地方,右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大,但是重物的个数却较少.精确的计算可以证明,总会有一个适当的位置,使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩)恰好相等,互相抵消,使轮子达到平衡而静止下来.不管转轮是顺时针转动还是逆时针转动,在无外力作用下,只能是转动变慢,最终停下来，A、B错误;由A、B中分析结合能量守恒定律可知,该设计在不消耗能源的情况下不断地对外做功是不可能的,这种设想不可能实现,C错误,D正确.课堂评价1.下列关于能量转化现象的说法正确的是 (

)A.用太阳灶烧水时太阳能转化为电能B.电灯发光时电能转化为光能和内能C.核电站发电时,电能转化为内能D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是因为动能转化为了内能解析:A选项中是太阳能转化为内能,C选项中是核能转化为电能,D选项中是化学能转化为内能.B选项正确.答案:B2.下图为冲击摆实验装置,一飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定的高度.下列有关能量的转化的说法正确的是 (

)A.子弹的动能全部转化成沙箱和子弹的内能B.子弹的动能全部转化成沙箱的动能C.子弹的动能全部转化成沙箱和子弹的动能D.子弹的动能一部分转化成沙箱和子弹的内能,另一部分转化成沙箱和子弹的机械能答案:D解析:子弹在射入沙箱的过程中,要克服摩擦阻力做功,一部分动能转化成沙箱和子弹的内能,另一部分动能转化成沙箱和子弹的机械能.3.(多选)运动员跳伞后,在某一段时间内以8m/s2的加速度下降,在该过程中 (

)A.重力势能只转化为动能B.机械能转化为内能C.机械能守恒D.总能量守恒解析:运动员的加速度为8m/s2,说明运动员除受重力以外还受阻力作用,克服阻力做功,机械能转化为内能,但总能量守恒.故选项B、D正确.答案:BD4.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是 (

)A.利用永久磁体间的作用力,造一台永远转动的机械B.做一条船,利用流水的能量逆水行舟C.通过太阳照射飞机,即使飞机不带燃料也能飞行D.利用核动力,驾驶地球离开太阳系解析:可以把磁体所具有的磁场能转化为动能,但由于摩擦力不可避免,动能最终转化为内能,机械转动停止,故选项A错误.让船先静止在水中,设计一台水力发电机使船获得足够的电能,然后把电能转化为船的动能使船逆水航行;同理,可利用光能的可转化性和电能的可收集性,将光能转化为飞机的动能,实现飞机不带燃料飞行,故选项B、C正确.利用反冲理论,以核动力为能源,使地球获得足够大的能量,挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系,故选项D正确.答案:BCD5.质量为1000kg的气锤从2.5m高处落下,打在质量为20kg的铁块上,若要使铁块的温度升高40℃,则气锤至少应落下多少次?不计空气阻力,假设气锤撞击铁块时做的功有60%用来升高铁块的温度,g取10m/