第三章 2 第二节 能量守恒定律及其应用-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第二节　能量守恒定律及其应用 【核心素养目标】 物理观念 建立能量转化与守恒的观念。 科学思维 能根据能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因；能用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题。 知识点一　能量守恒定律 观察下列图片，思考哪些属于能量转化，哪些属于能量转移？ 提示：图1属于内能的转移，图2属于机械能的转移，图3中风能转化为电能。 1．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；在转化和转移过程中其总量不变。 2．热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生转化时的能量守恒定律。 【判断正误】 1．能量守恒定律和机械能守恒定律是一样的。(×) 学生用书↓第52页 2．违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(√) 3．系统内能减少了即系统的能量减少了。(×) 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，车轮温度升高，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。 风力发电是一种环保的电能获取方式。如图为某风力发电站外观图。假设当地水平风速约为10 m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20%，风力发电机的叶片长度为10 m，空气的密度是1.29 kg/m3，某工厂用电的功率为320 kW，则大约需要多少台这样的风力发电机同时为该工厂供电(　　) A．6 B．8 C．10 D．12 B　[叶片旋转所形成的圆面积为S＝πL2，t秒内通过该圆面积的风柱体积为V＝Svt＝πL2vt，风柱的质量为m＝ρV＝ρπL2vt，风柱的动能为Ek＝mv2＝ρπL2v3t，风的动能转化成的电能为E＝ηEk＝ ηρπL2v3t，发电的电功率为P＝＝ηρπL2v3＝×0.2×1.29×3.14×102×103 W≈41 kW，故需要n＝(台)≈8(台)这样的风力发电机，B正确。] 针对练1．(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动。下列说法正确的是(　　) A．小球机械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D．总能量守恒，但小球的机械能减少 AD　[小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量没有消失，故B错误；小球在摆动的过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能也不断地转化为内能，故小球摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确。] 针对练2．如图所示，一个质量为20 kg的绝热气缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体内能的增加量。(g取10 m/s2，忽略大气压力及摩擦阻力的影响) 解析：由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量，则ΔU＝ΔE＝(M＋m)g·Δh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J。 答案：20 J 知识点二　第一类永动机不可能制成 　　让“饮水小鸟” “喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复……这种“饮水小鸟”玩具是一架永动机吗？ 提示：不是。 1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功，这种机器被称为第一类永动机。 2．物体必须从外界吸收热量(Q>0)，才能对外做功。所以，不消耗任何能量，却可以源源不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的。 3．能量守恒定律有力地揭示了物质运动的不灭性和统一性。 学生用书↓第53页 1．(2023·四川成都月考)有人设计了如图所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量，但是这类永动机没有制成，是因为(　　) A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律 C．做功产生的热不符合能量守恒定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 B　[第一类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律，B正确。] 2．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶