第2节 能量守恒定律及其应用-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第二节　能量守恒定律及其应用 【素养目标】　1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。　2.知道第一类永动机及其不可能制成的原因。 知识点一　能量守恒定律 [情境导学]　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。 (阅读教材P61－P62完成下列填空) 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。 [问题探究]　热力学第一定律与能量守恒定律有何联系和区别？ 提示：能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域。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。 (多选)子弹射入静止于光滑水平地面上的木头，则(　　) A．做功使木块的内能增大 B．热传递使木块的内能增大 C．子弹损失的机械能大于木块增加的内能 D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能 答案：AC 解析：子弹克服摩擦力做功，使子弹和木块内能增加；由能量守恒定律可知，子弹损失的机械能等于系统增加的内能和木块增加的动能，系统总能量保持不变。故选AC。 1．能量守恒定律是没有条件的 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，必须是在只有重力做功或系统内弹簧弹力做功的情况下；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。 2．能量守恒定律的两种表述 (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。　　 针对练1.有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　) A．化学能转化为电能　　　 B．内能转化为电能 C．化学能转化为光能 D．机械能转化为电能 答案：D 解析：根据题意可知转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，即压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能，故选D。 针对练2.用质量为0.5 kg的铁锤，去打击质量为2 kg的铁块。铁锤以12 m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为零。设每次打击产生的热量中有50%被铁块吸收，共打击50次，则铁块温度升高多少摄氏度？[已知铁的比热容为460 J/(kg·℃)，Q＝CM·Δt] 答案：0.98 ℃ 解析：打击50次产生的热量为Q＝n·mv2＝50××0.5×122 J＝1 800 J 设铁块温度升高Δt，则有ηQ＝cMΔt 代入数据解得Δt＝＝ ℃≈0.98 ℃。 学生用书↓第55页 知识点二　第一类永动机不可能制成 [情境导学]　根据热力学第一定律，思考能否做出不消耗自身内能、也不吸热、却可以源源不断地对外做功的机器。 提示：不能做出。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知ΔU＝0时，Q＝－W，物体必须从外界吸收热量(Q＞0)，才能对外做功。 (阅读教材P62－P63完成下列填空) 1．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．第一类永动机违反了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 [问题探究]　有一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？能设法验证吗？ 提示：不是。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。 (多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是(　　) A．第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器 B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 答案：AD 解析：第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因。故选AD。 针对练. 大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜坡下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小铁球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是(　　) A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律，不可能实现 答案：D 解析：根据题述，维尔金斯“永动机”不消耗能量，又能源源不断地对外做功，这是第一类永动机，其违背了能量守恒定律，不可能实现。故选D。 1．有关能量守恒定律，下列说法正确的是(　　 ) A．只适用于机械能与内能的相互转化 B．只适用能量转化过程 C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律 D．根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变 答案：D 解析：根据能量守恒定律的内容可知D正确；能量守恒定律是自然界的普遍规律，适用于一切能量转移和转化过程，故A、B错误；“摩擦生热”实质上是摩擦力做功将机械能转化成了内能，其转化过程符合能量守恒定律，故C错误。 2.(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 学生用书↓第56页 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 答案：AD 解析：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；小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，但总能量守恒，故C错误，D正确。 3．(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．不需要任何动力或燃料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 答案：ABC 解析：不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子在下落和 碰撞过程中机械能转化为了石子及其周围物体的内能，机械能并没有消失，D错误。 4.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，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(　　) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 答案：D 解析：叶片进入水中后吸热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律可知，转轮转动所需能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒定律可知，叶片吸收的热量一部分转化为叶片的弹性势能，一部分释放于空气中，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$