第3章 第3节 能量守恒定律（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第3节　能量守恒定律 1.理解能量守恒定律，知道它是自然界普遍遵循的基本规律；知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因. 物理观念 2.会用能量守恒定律分析解决有关问题. 科学思维 知识点一　能量守恒定律 1．探索能量守恒的足迹 2．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． 提醒：(1)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循的基本规律；(2)能量守恒定律可表述为某一些形式能量的减少等于另外一些形式能量的增加，即ΔE减＝ΔE增． 知识点二　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：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了__正确__的道路． 提醒：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，制造永动机的企图是没有任何成功的希望的． 1．判断下列说法的正误． (1)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．(　　) (2)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(　　) (3)能量既可以转移又可以转化，故能量的总量是可以变化的．(　　) (4)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．(　　) (5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．(　　) (6)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能量守恒定律．(　　) 答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√ 2．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．这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？ 提示：不是永动机，手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若此手表长时间放置不动，它就会停下来． 考点一　对能量守恒定律的理解 【例题1】 如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳拉紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态．经过此过程(　　) A．Ep全部转化为气体的内能 B．Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D．Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 思维导引：首先判断活塞最终静止时的位置与初始位置的关系，接着根据热力学第一定律分析气体内能的变化情况，然后根据能量守恒定律分析各能量的转化情况． 答案　D 解析　当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止，此时活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于容器绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变，设最终弹簧的弹性势能为E′p，由能量守恒定律得Ep＝E′p＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能，选项D正确． 应用能量守恒定律解题的步骤 1．认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化． 2．分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式． 3．根据下列两种思路列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增． ①某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量与增加量一定相等． ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等． 4．代入数据，计算结果． 【变式1】 如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂．现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　) 　　　 A．QA＝QB B．QA<QB C．QA>QB D．无法确定 答案　C 解析　A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的，由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔEpA，即QA＝Q＋