第3章 3 能量守恒定律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

3　能量守恒定律 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 讨论为什么“第一类永动机”不可能实现 物理观念：增强能量观念。 科学态度与责任：体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义 1．理解能量守恒定律 2．能用能量守恒的观点解释自然现象 3．知道“第一类永动机”为什么不可能实现 (见学生用书P39) 知识点　能量守恒定律 1．探索能量守恒的足迹 2．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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 3．能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 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。 4．能量守恒定律的重要意义 (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定量规律联系起来，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。 5．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)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。 (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。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (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，必须是只有重力或弹力做功。(　√　) (2)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)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。(　√　) 2．思考题：为什么第一类永动机不可能制成？ 【答案】 因为它违背了能量守恒定律。 (见学生用书P39) 类型一　对能量守恒定律的理解 关于能量守恒定律，下列说法正确的是(　C　) A．能量是守恒的，不可能消失，所以不会发生能源危机 B．能量既会凭空产生，也会凭空消失 C．能量可以从一种形式转化为另一种形式 D．能量在转化的过程中在数量上会减少 【解析】 能量虽然是守恒的，总量不变，但是我们可以利用的能源是有限的，随着可利用能源的消耗，能量可以利用的品质降低了，所以会有能源危机，故A错误；根据能量守恒定律可知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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故B、D错误，C正确。 能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，以下现象、规律不能体现能量守恒定律的是(　B　) A．行驶的汽车 B．牛顿第三定律 C．神舟飞船返回地面 D．机械能守恒定律 【解析】 能量守恒定律是普遍规律，生产生活、自然现象无一例外都遵守能量守恒定律，A、C不符合题意；牛顿第三定律描述的是作用力与反作用力间的关系，不能体现能量守恒定律，B符合题意；机械能守恒定律是能量守恒定律的特殊情况，D不符合题意。 类型二　能量守恒定律的应用 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，活塞处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm。现在活塞上方加一质量为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的内能增加量。(g取10 m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力) 【答案】 20 J 【解析】 气体经过绝热过程，外界对气体做功，气体内能增加，由热力学第一定律可知ΔU＝W。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)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10-2 J＝20 J。 水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6 000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差为50 m。若利用这一水资源发电，设其发电效率为50%，估算发电机的输出功率。(g取10 m/s2) 【答案】 1.5×109 W 【解析】 每秒流下的水的质量m＝ρV＝1×103×6 000 kg＝6×106 kg， 每秒减少的机械能E＝mgh＝6×106×10×50 J＝3×109 J， 设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt， 解得P＝3×109×50% W＝1.5×109 W。 类型三　永动机不可能制成 关于能量的转化，下列说法中正确的是(　A　) A．克服重力做功，重力势能增加 B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的 C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了 D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 【解析】 克服重力做功，说明重力做负功，重力势能增加，故A正确；能量是守恒的，“永动机”违背能量守恒定律，所以“永动机”是不存在的，故B错误；我们要节约能源的根本原因是可利用能源在数量上不断减少，能量的总量不变，故C、D错误。 (多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　AB　) 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——永动机是可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了 【解析】 根据能量守恒定律可知，能量不会凭空消失，只能从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到别的物体，故某种形式的能量减少，必然有其他形式的能量增加，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；第一类永动机违反了能量守恒定律，是不可能制成的，C错误；石子从空中落下，最后静止在地面上，石子的机械能转化为了内能，能量并没有消失，D错误。 本课点睛(教师用书独有) 1．能量守恒定律的内容 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．第一类永动机不可能制成。 学科网（北京）股份有限公司 $$