3.3 能量守恒定律 课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第3节

能量守恒定律第三章人教版（2019）选择性必修三CONTENTS目录探索能量守恒的足迹01能量守恒定律02永动机不可能制成03学以致用提高练习04观看视频思考问题：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？新课导入知识讲解课堂小结随堂练习布置作业一、探索能量守恒的足迹1、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，人类的任何活动都离不开能量。⑴能量具有不同的形式风能水能光能电能新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业⑵各种形式的能量之间可以相互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。电能转化为内能太阳能转化为电能化学能转化为电能电能转化为磁能新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业⑶能量转化的研究成果机械能转化为内能电场能转化为磁场能内能转化为电能磁场能转化为电能新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业2.能量守恒观念的形成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新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业3.不同领域科学家代表对能量守恒的认识(1)俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。这表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。(2)焦耳：他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：通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔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：在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，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。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业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功热等价提出能量守恒的思想概括和总结能量守恒定律能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业二、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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。E初=E末2.能量守恒定律的历史意义：（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。（2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业3、对能量守恒定律的理解：②不同形式的能量之间可以相互转化，不论是什么形式和过程，都遵守能量守恒定律。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。热运动———内能化学运动——化学能原子核内部的运动——原子能机械运动———机械能电荷运动——电能生物运动——生物能③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。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业能量守恒定律与永动机视频演示新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业三、永动机不可能制成饮水鸭不断饮水原因分析新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业1、永动机概念：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）结果：无一例外地归于失败.原因：违背了能量守恒定律.2、永动机模型新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业视频演示各类永动机新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业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.3、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能造成的。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<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。（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。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业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末布置作业课堂小结新课导入知识讲解随堂练习四、学以致用提高练习1．第一类永动机违反了什么而不能制成（）A．违反了热力学第一定律 B．违反了机械能守恒定律C．违反了能量守恒定律 D．以上说法都不对【答案】C【解析】第一类永动机指不消耗任何能量但可以不断输出动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产生氢气，剩余部分输出。它违反了能量守恒定律。故ABD错误，C正确，故选C。随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业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【答案】C【解析】A．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，故A错误；B．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，故B错误；C．电能通过电场力做功，把电能转化为其它形式的能量，故C正确；D．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，故D错误。故选C。随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业3.如图所示，直立的绝热容器内部有被隔板隔开的A和B两部分气体，A的密度较小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能增量为ΔU，则 ()A.ΔU=QB.ΔU<QC.ΔU>Q D.无法比较【答案】B【解析】

据题意，A的密度小，B的密度大，两气体均匀混合后整体的重心升高，重力势能增加，吸收的热量一部分用来增加内能，一部分用来增加系统的重力势能，根据能量守恒定律可知：ΔU<Q。故B正确。随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业4.(多选)约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”,如图所示,在斜坡顶上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”,正确的认识应该是(

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A.一定不可能实现B.如果忽略斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁铁磁性又较强,则维尔金斯“永动机”可以实现D.违背能量守恒定律随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业【答案】AD【解析】维尔金斯“永动机”不可能实现,因为它违背了能量守恒定律。小球上升过程中