第3章 第2节 能量的转化与守恒（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】鲁科版

第2节　能量的转化与守恒 [学业要求与核心素养] 1．了解能量守恒定律的发现过程。 2．理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象。 一、能量守恒定律的发现 1．迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的__化学能__，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以__相互转化__的，如果动物体的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是__守恒__的。 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：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__。 二、能量守恒定律及其应用 1．内容：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)各种形式的能可以相互转化，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。 (多选)下列说法正确的是(　　) A．违背能量守恒定律的过程是不可能发生的 B．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 C．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能 D．以上说法都不对 答案　AC 知识点　能量守恒定律的理解和应用 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、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．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，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 3．第一类永动机失败的原因分析。 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。 [例题]　重1000 kg的气锤从2.5 m高处落下，打在质量为200 kg的铁块上，要使铁块的温度升高40 ℃以上，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击铁块时做的功有60%用来升高铁块的温度。[g取10 m/s2，铁的比热容c＝0.11 cal/(g·℃)] [思路点拨]　本题是一道力热综合题。气锤对铁块做的功，等于气锤的动能减少量，且有60%转化为铁块的内能，用来升高温度。由能的转化和守恒定律，先求气锤下落一次对铁块做功使铁块温度升高的值，再由升高40 ℃气锤所做的总功，就可求出气锤的下落次数。 [自主解答]　由机械能守恒得气锤下落到刚撞击铁块时刻的动能Ek＝mgh＝103×10×2.5 J＝2.5×104 J，由动能定理，得气锤撞击铁块一次所做的功W＝Ek－0＝2.5×104 J，使铁块温度升高40 ℃所需的热量Q＝cmΔt＝0.11×200×103×40 cal＝8.8×105 cal＝8.8×105×4.2 J＝3.696×106 J。设气锤应下落n次，才能使铁块温度升高40 ℃，则由能的转化和守恒定律得n·Wη＝Q，所以n＝＝＝246.4，故气锤至少应下落247次。 [答案]　247 ●总结提升 利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解。 如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h，现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中(　　) A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变 B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大 C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大 D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变 解析　由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，A、C、D错。 答案　B [随堂巩固] 1．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是(　　) A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 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 解析　A