3.3能量守恒定律-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第三章 热力学定律 第3节 能量守恒定律 一、新课标要求 1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律。 2.能用能量守恒的观点解释自然现象，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。 二、科学素养要求 1.物理观念：理解能量守恒定律及永动机不可能制成 2.科学思维：体会能量守恒定律的发现历程，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过了解能量守恒定律的探索过程，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛。 4.科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 要点 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①的过程中，能量的总量保持不变。 【自主思考】 ①在热力学领域内，使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递两种。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？ 答案：提示能量的总量不会减少。 四、名师点睛 能量守恒定律的理解 （1）意义：各种形式的能可以相互转化；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。 （2）能量守恒的两种表达：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；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。 五、互动探究· 探究点一、能量守恒定律 情境探究 1.某同学利用“能量守恒定律”研究汽车油耗与行驶里程的关系。已知一辆汽车正在平直的公路上以速度匀速行驶，此时功率为，汽车的总效率为η，所使用的汽油的热值为（每完全燃烧单位质量的燃料释放的热量叫热值），现油箱中还有质量为的汽油（设汽车的质量为）。 （1）从此时到汽油消耗完，汽车还能行驶多远？ （2）从此时到汽车停下，行驶总距离为多少？ 探究归纳 1.能量守恒定律的理解 （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、原子能等。 （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；煤的燃烧，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。 （3）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的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵守的基本规律。 2.能量守恒定律的意义 （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能量规律联系起来，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机械观念的范围，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。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。 （3）具有重大实践意义，彻底粉碎了永动机的幻想。 探究应用 【典例】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，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为（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.全部转化为气体的内能 B.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.全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D.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 【解题感悟】 利用能量守恒定律解题的方法在应用能量守恒定律处理问题时，首先要弄清系统有多少种能量相互转化，分析哪种形式的能量增加了，哪种形式的能量减少了；或者弄清哪个物体的能量增加，哪个物体的能量减少，增加量等于减少量。 【迁移应用】 1.（多选）下列关于能量转化现象的说法中，正确的是( ) A.用太阳灶烧水是光能转化为内能 B.电灯发光是电能转化为光能 C.核电站发电是电能转化为内能 D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 2. .下列对能量守恒定律的认识不正确的是( ) A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，