3.3能量守恒定律 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.3能量守恒定律 选择性必修第三册&第三章 热力学定律 授课教师：杨孝波 让“饮水小鸭”“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“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？ 课堂引入 2 阅读教材p54页，并回答问题。 1.了解能量守恒定律的研究历程，梳理主要物理学家的贡献； 阅读并回答： 一、探索能量守恒的足迹—思考 人类对能量的认识 能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类活动离不开能量，能量具有不同的形式。 内能 机械能 光能 探索能量守恒的足迹 （1）能量具有不同的形式 一、探索能量守恒的足迹—能量形式 4 要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。 重力势能与动能转化 热能与电能转化 电能与磁能转化 人类对能量的认识 （2）能量之间的转化 一、探索能量守恒的足迹—能量转化 5 1836年 盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关 1842年 迈尔表述了能量守恒定律 1841年 焦耳发现电流的热效应 1831年 法拉第发现电磁感应现象 1820年 奥斯特发现电流的磁效应 1843年 焦耳测定做功与传热的关系 1798年 伦福德的实验表明热的本质是运动 1821年 塞贝克发现温差电现象 1847年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律 人类对能量的认识 （3）能量守恒观念的形成 能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 一、探索能量守恒的足迹—观念形成 阅读教材p56页，并回答问题。 1.什么是能量守恒定律？ 阅读并回答： 二、能量守恒定律—思考 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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。 E初=E末 2.意义 二、能量守恒定律—内容 8 能量守恒定律 3.说明 ①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。 ③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 机械运动———机械能 热运动———内能 化学运动——化学能 电荷运动——电能 生物运动——生物能 原子核内部的运动——原子能 ②不同形式的能量之间可以相互转化。 二、能量守恒定律—说明 9 阅读教材p57页，并回答问题。 1.从能量守恒角度分析为什么永动机不可以制成？ 阅读并回答： 三、永动机不可能制成—思考 永动机不可能制成 饮水鸭不断饮水的原因 三、永动机不可能制成—解析 11 1.永动机 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。 人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机。 2.历史上的永动机 螺旋永动机 达·芬奇 滚球永动机 马尔基斯 软臂永动机 19世纪设计 三、永动机不可能制成—内容 12 （1）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。 （2）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，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。 3.第一类永动机不可能制成的原因 4.永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律. 三、永动机不可能制成—原因 13 　 如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，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，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10-2 J＝20 J。 典例分析 [答案]　20 J 　2.(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　 　) 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——第一类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，说明机械能消失了 ABC 典例分析 3.(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。下列说法中正确的是(　　) 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 典例分析 本课小结 能量守恒定律 探索能量守恒的足迹 永动机不可能制成：违背了能量守恒定律 能量守恒定律 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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 表达式：E初=E末 课堂总结 17 1．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化情况是(　　) A．减小20 J　　　　　　　 B．增大20 J C．减小220 J D．增大220 J 解析：研究对象为气体，外界对其做功W＝－100 J，吸收热量Q＝ 120 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J。ΔU>0，说明气体的内能增加。 B 课堂练习 2．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块。对此过程，下列说法中正确的是(　　) A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量 B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能 C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能 D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和 A 课堂练习 解析：对木块由动能定理可判断出A项正确；子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误。 课堂练习 3．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是(　　) A．机械制造的技术没有过关 B．违反了牛顿运动定律 C．违反了电荷守恒定律 D．违反了能量守恒定律 解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。 D 课堂练习 4．0 ℃的水结成0 ℃的冰，对此过程应用热力学第一定律，以下关于符号的说明正确的是(　　) A．Q＞0，W＞0，ΔU＞0 B．Q＞0，W＜0，ΔU＜0 C．Q＜0，W＜0，ΔU＜0 D．Q＜0，W＞0，ΔU＜0 解析：0 ℃的水结成0 ℃的冰，在此过程中体积增大，对外做功，所以W＜0，该过程中放出热量，所以Q＜0，结合热力学第一定律可知，水的内能减少，所以ΔU＜0，故C正确，A、B、D错误。 C 课堂练习 5.(新情景题)(多选)现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭的气体的作用下，起到延缓震动的目的。如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是(　　) 课堂练习 A．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度不变 B．活塞迅速下压时汽缸内的气体压强增大 C．活塞下压后迅速反弹时汽缸内有些气体分子的速率增大 D.活塞下压后迅速反弹时汽缸内气体内能增加 答案：BC 课堂练习 解析：如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，压强增大，故A错误，B正确；活塞下压后迅速反弹时，气体对外做功，来不及吸热，气体内能减少，温度降低，气体分子平均速率减小，但不是每个气体分子的速率都减小，有些分子的速率可能增大，故C正确，D错误。 课堂练习 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $$