1．能量 能量守恒定律-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册创新导学案全书Word（教科版2019）

物理 必修 第三册(教科) 1．能量　能量守恒定律 1．了解能量的分类。2.掌握能量的转化过程及能量守恒定律。 一　机械能的守恒与不守恒 1．机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功。 2．机械能不守恒的情形：还有其他力做功。这里的其他力，可以分成两类： (1)一类是系统以外的物体对系统内物体的作用力，简称外力，如果外力做正功，系统的机械能增加；反之则系统的机械能减少。 (2)另一类则是系统内的物体间除重力或弹力外的其他相互作用力，例如滑动摩擦力，简称为其他内力，由于一对相互作用的滑动摩擦力所做功之和一定是负值，因此系统的机械能会减少，同时有热量产生(称为摩擦生热)。 二　能量的分类 1．按照研究对象划分 (1)宏观物体的运动，对应的能量是机械能。 (2)由大量微观粒子(分子)组成的热力学系统，对应的能量主要是内能(包括分子动能和分子势能)。 (3)电场、磁场及其与电荷、电流的相互作用，对应的能量主要是电磁能。 2．根据物质的运动形式划分 (1)机械运动对应着机械能。 (2)热运动，即分子的无规则运动对应着内能。 (3)化学变化，即原子的外层电子变动，对应着化学能。 (4)原子核的变化对应着核能。 三　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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 判一判 (1)对于由几个物体组成的系统，只要有内力做功，机械能就不守恒。(　　) (2)能量根据研究对象不同来划分和根据物质的运动形式来划分，这两种说法是不一致的。(　　) (3)永动机不可能成功。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√ 探究　能量　能量守恒定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：对于由几个物体组成的系统，其机械能守恒的条件是什么？如图甲所示，拉开弓到箭脱离弓弦的过程，弓与箭组成的系统机械能守恒吗？ 提示：只有重力或弹力做功，系统机械能守恒。弓与箭组成的系统机械能守恒。 活动2：箭最终落到靶上，则箭的机械能到哪里了？ 提示：转化为空气与箭摩擦产生的热量和箭与靶撞击产生的热量。 活动3：除了机械能和内能，前面章节还学过哪些种类的能量？ 提示：电磁能、化学能。 活动4：如图乙，若电源是化学电池，电源的能量是如何转化的？若电源是发电机，电源的能量是如何转化的？ 提示：化学能转化为电能；机械能→电磁能→电能。 活动5：如图乙，电能在外电路上最终可能转化为哪些形式的能量？ 提示：内能、机械能、光能、化学能等。 活动6：在以上能量转化过程中，能量是否有可能凭空增加或减少？ 提示：不可能。 1．能量守恒定律的重要意义 (1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。 (2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。 (3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。 2．能量守恒定律的表达式 (1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。 (2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。 3．利用能量守恒定律解题的基本思路 (1)分清有哪几种形式的能(如机械能、内能等)在变化。 (2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。 (3)列等式ΔE减＝ΔE增求解。 (多选)下列对能量转化和守恒定律的认识正确的是(　　) A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 题目中的永动机为什么不能制造成功？ 提示：违反了能量守恒定律。 [规范解答]　根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加，A、B正确。不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C正确。石子在运动和碰撞中，机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。 [答案]　ABC 　如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中(　　) A．缓冲器的机械能守恒 B．摩擦力做功消耗机械能 C．垫板的动能全部转化为内能 D．弹簧的弹性势能全部转化为动能 答案　B 解析　在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于楔块要克服摩擦力做功，且缓冲器所受外力做功不为零，所以此过程中缓冲器的机械能不守恒，A错误；楔块克服摩擦力做功消耗机械能，B正确；车厢相互撞击以后垫板有速度，在使弹簧压缩的过程中，垫板的动能还要转化为弹簧的弹性势能，C错误；弹簧压缩的过程弹簧的弹性势能增加，并没有减少，D错误。 1．(能量守恒定律)崔先生向客户推荐他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、激光器、制冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源。事实上，这是不可能实现的，因为他的设计违反了(　　) A．质量守恒定律 B．电荷守恒定律 C．机械能守恒定律 D．能量守恒定律 答案　D 解析　任何机器只能转换能量存在的形式，并不能制造能量，题目中的装置是一种永动机，它违背了能量守恒定律，故D正确。 2.(机械能的守恒与不守恒)如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是(　　) A．重力势能减少，动能不变，机械能减少 B．重力势能减少，动能增加，机械能减少 C．重力势能减少，动能增加，机械能增加 D．重力势能减少，动能增加，机械能守恒 答案　B 解析　小孩加速滑下，高度不断减小，重力做正功，重力势能减小；速度增大，动能增加；小孩在下滑过程中与滑梯摩擦生热，一部分机械能转化成内能，导致小孩机械能减小，故B正确，A、C、D错误。 3．(能量守恒定律)下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 答案　C 解析　永动机是指不消耗或少消耗能量而可以大量对外做功的装置，违背了能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B错误；马和其他动物包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。 4．(能量的分类)可燃冰是一种天然气水合物的俗称，每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。可燃冰虽好，但开采不易。2017年我国突破了这一开采技术。那么可燃冰所含有的能量形式是(　　) A．核能 B．化学能 C．机械能 D．内能 答案　B 解析　可燃冰在燃烧的时候发生化学反应，释放出内能，故可燃冰含有化学能，B正确。 5．(能量守恒定律)三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100 m，用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s。如果通过水轮机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90%转化为电能，按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大数量级最接近(　　) A．1010 W B．108 W C．107 W D．105 W 答案　A 解析　平均水位落差约为100 m，单位时间内到达水轮机处水流的最大机械能为E＝mgh＝1×104 m3×1×103 kg/m3×10 m/s2×100 m＝1×1010 J，机械能有90%转化为电能，所以最大发电功率为P＝＝0.9×1010 W，故A正确，B、C、D错误。 6．(能量守恒定律)横截面积S＝3 dm2的圆筒内装有质量m＝0.6 kg的水，被太阳光垂直照射2 min，水的温度升高了1 ℃。设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，且照射到圆筒的太阳能全部转化为水的内能，太阳与地球之间的平均距离为1.5×1011 m，试估算出太阳的全部辐射功率是多少？[已知水的比热容c＝4200 J/(kg·℃)，结果保留一位有效数字] 答案　4×1026 W 解析　横截面积是3×10－2 m2的圆筒在2 min内吸收的热量为Q＝cmΔt＝4.2×103×0.6×1 J＝2.52×103 J 在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量为E＝＝ J＝700 J 每平方米每秒钟射到大气顶层的太阳能总量为E0＝ 太阳辐射的功率为P＝E0·4πr2 代入数据解得P＝4×1026 W。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$