第12讲 能量守恒定律【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第12讲 能量守恒定律 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.通过有关史实，了解热力学第一定 律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。 3.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 1.理解并会运用能量守恒定律。 2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。 ( 知识精讲 ) 知识点 能量守恒定律 1．探索能量守恒的足迹 2．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。 3．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)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。 【知识拓展】 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。 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小。若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。 【即学即练1】如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以速度射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？（不计空气阻力） 【答案】 【解析】子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动能，产生内能，由能量守恒定律得 由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点以v做圆周运动，满足机械能守恒，即 联立两式解得 【即学即练2】在高的光滑水平桌面上放着一个质量的木块，一颗质量的铅弹从水平方向射中木块，把木块打落在地面上，落地点与桌边的水平距离。铅弹射中木块后留在木块内，铅的比热容J/（kg·℃），。设增加的内能有使铅弹温度升高，铅弹的温度升高多少摄氏度？ 【答案】92℃ 【解析】铅弹射中木块后与木块一起做平抛运动的初速度为 根据动量守恒可得 可得铅弹射入木块时速度为 系统损失的机械能为 损失的机械能转化为系统增加的内能，则 ℃ ( 能力拓展 ) 考法 能量守恒定律 【典例1】地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射照度都是不相同的。下表给出了热带、温带和比较寒冷地带的太阳平均辐射照度。若在上海地区安装一台太阳能热水器。已知其采光面积为、热转换效率为40%，水的比热容为J/（kg·℃）。试求： （1）此太阳能热水器每天能吸收多少焦的太阳能？ （2）设热水器中水的温度升高20℃，则该热水器平均每天能提供多少热水？ 地区 太阳平均辐射照度 热带、沙漠 5～6 温带 3～5 阳光较少地区（北欧） 2～3 【答案】（1）；（2） 【解析】（1）上海地区属于温带地区，故根据表中的数据，太阳平均辐射照度值取 此太阳能热水器每天能吸收的太阳能为 （2）根据能的转化和能量守恒定律可列出 ( 分层提分 ) 题组A 基础过关练 1．在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化（　　） A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定 【答案】B 【解析】冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化。但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高。 故选B。 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