第5章 第2节 能量的转化与守恒-2020-2021学年高中物理选修3-3【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第2节　能量的转化与守恒 知识点一　能量守恒定律的发现 [自学教材] 1．迈尔的发现 德国医生迈尔从理论上具体地论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可以相互转化。提出了物理、化学过程中能量守恒的原理。 2．焦耳的研究 (1)确定了电能向内能转化的定量关系。 (2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 3．亥姆霍兹的贡献 (1)亥姆霍兹的论文《论力的守恒》，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。 (2)他还将能量守恒原理与永动机不可能实现相提并论。 [重点诠释] (1)自然界中的运动形式多种多样。不同的运动形式对应不同的能量，例如 ①物体运动——机械能 ②分子热运动——内能 ③电荷和电场——电势能 (2)不同形式能量之间的转化： ①摩擦生热——机械能转化为内能 ②水蒸气将壶盖顶起——内能转化为机械能 ③用电炉子加热——电能转化为内能 (3)太阳能的转化： [典题强化] 1．说出下列过程中是什么能量转化为内能。 (1)物体沿粗糙斜面下滑________________________________； (2)变压器发热________________________________________； (3)汽油机内气体燃烧后变成高温气体___________________；[来源:学。科。网Z。X。X。K] (4)车刀切下炽热铁屑________________________________。 解析　物体沿斜面下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能；电流通过变压器线圈发热，电能转化为内能；气体(燃料)燃烧后变成高温气体，化学能转化为内能；车刀切下炽热的铁屑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能。 答案　(1)机械能——内能　(2)电能——内能 (3)化学能——内能　(4)机械能——内能 知识点二　能量守恒定律及其应用 [自学教材] 1．能量守恒定律 能量既不会消失，也不会创生，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，而能量的总值保持不变。 2．意义 揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。 3．应用 (1)各种形式的能转化。但能量转化过程中总伴有内能的损失。 (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。 [重点诠释] (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。 (3)各种形式的能在转化和转移过程中总量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的。 (4)意义：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，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量。不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的。 [典题强化] 2．下列设想不符合能量守恒定律的是 A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器 B．做成一条船利用河水的能量逆水航行 C．通过太阳照射飞机使飞机起飞 D．不用任何燃料使河水升温 解析　利用磁场可使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，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，使 光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确。 答案　A 考向　能量守恒定律的应用 [例题]　风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%。求单位时间内最多可提升的水的质量。 [思路点拨]　风车带动水车做功的过程，是将风的动能转化为水的重力势能的过程，在讨论这个问题时要紧紧围绕能量转化的关系。 【解析】　在时间t内吹在风车上的空气的质量为 m1＝πd2·vt·ρ， 风的动能Ek＝m1v2＝πd2v3tρ。 根据题意πd2v3tρ×50%×80%＝mgh， 则＝， 则单位时间内最多可提升水的质量为m＝。 【答案】　 [借题发挥] 能量守恒定律是自然界中一个最基本的规律，同时，它又可以与很多其他物理规律(如：平抛运动、碰撞、圆周运动等)结合，解决一些综合性很强的题目。解决这类题目应明确研究过程中哪些能量发生了转化、各种能量的表达形式，然后由相应物理规律结合能量守恒定律求解，同时注意