第2节 能量的转化与守恒（导学案）物理鲁科版必修第三册

2. 能量的转化与守恒 导学案 物理观念 能理解能量转化的普遍性及能量守恒定律的内涵（总能量保持不变），建立“能量既不会凭空产生也不会凭空消失”的物理观念。 科学思维 能通过分析碰撞、电热转换等实例，推导能量转化的定量关系，判断能量守恒的适用性，提升现象分析与定量推理能力。 科学探究 能参与“验证机械能守恒”或“探究电热转化规律”实验，通过数据测量与分析验证能量守恒，提高实验设计与数据论证能力。 科学态度 与责任 通过了解能量守恒定律对科技发展的指导作用及能源损耗问题，认识节约能源的必要性，培养尊重科学规律、践行低碳生活的责任意识。 重点：理解能量守恒定律内涵及能量转化的普遍性。 难点：分析复杂场景中能量转化路径及守恒验证。 【知识回顾】 1.凡是能够提供可利用能量的物质统称为__________。 2.煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫__________。__________无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作__________。 3.水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于__________。这些能源在自然界可以再生，叫__________。 4.我国能源发展概况：①__________能发电；②__________发电；③__________发电；④__________发电。 【自主预习】 1.能量守恒定律:在一个孤立系统里,能量既不能凭空__________,也不能凭空__________,它只能从一种形式__________为其他形式,或者从一个物体__________到其他物体,在转化或转移的过程中,能量的总量__________。 2.第一类永动机:不需要任何__________或__________就能不停运动的机器。 【思考交流1】 新能源汽车：汽车前面吊一块磁铁能不能一直吸着汽车前进？ 【问题体验1】能量守恒定律 思考1：如图所示,下列运动中能量是如何转化的? 提示:瀑布中水的重力势能转化成动能;弓箭的弹性势能转化为动能;滑滑梯的小朋友的重力势能转化为动能。 能量守恒定律：能量既不会凭空__________，也不会凭空__________，它只能从一种形式__________为其他形式，或者从一个物体__________到别的物体，在__________或__________的过程中，能量的总量__________。 思考2：电路中的能量转化情况是什么？ 思考3：近几年流行一种“自发电电动车”,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗? 提示:仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。 【问题体验2】能量转移或转化的方向性 思考1：把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？这说明了什么？ 思考2：物体所具有的内能能自发地转化为机械能吗？这说明了什么？ 上述分析说明，一切与热现象有关的宏观自然过程都是__________的，即一切与热现象有关的宏观过程都有__________。 在能量转化过程中，散失到环境中的__________很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的__________。 电池中的__________能转化为__________能，__________能又通过灯泡转化为__________能和__________能，__________被其他物质吸收之后变成周围环境的__________能。 能量耗散是从能量__________的角度反映出自然界中的宏观过程具有__________。 能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量__________,但在可利用的品质上__________了，从__________的能源变成__________的能源。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源的根本原因。 思考3：如图所示是位于中国湖北省宜昌市三斗坪镇境内的三峡大坝,三峡大坝年发电量超过1 000亿千瓦时,是当今世界上最大的水利发电工程。 (1)三峡大坝发电过程中涉及哪些能量转化? (2)能将水的全部动能转化为电能吗? 1.根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（　　） A. 电流的电能可以全部转变为内能 B. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 C. 在热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能 D. 在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体 2.地球上有大量的海水，若使海水温度降低就能释放出的热量。有人设想一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是（　　） A. 内能不能转化成机械能 B. 内能转化成机械能不满足能量守恒定律 C. 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性 D. 上述三种原因都不正确 3.“化风为电，御风而行”。年月日，全球首台兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于月日成功并网发电。下列关于能源知识的说法正确的是（　　） A. “兆瓦”是能量单位 B. 风能属于不可再生能源 C. 风力发电实现了空气动能与电能的转化 D. 各种不同形式的能量在相互转化的过程中不需要做功 4.为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是（　　） A.充电时电能全部转化为汽车的机械能 B.充电时电能全部转化为锂电池的化学能 C.汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能 D.汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能 5.（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（　　） A．109W B．107W C．105W D．103W 6.一种新型节能路灯如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是（　　） A. 小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B. 小风扇是小型电动机，将电能转化为风能 C. 太阳能电池板将太阳能转化为电能 D. 蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 能量的转化与守恒 导学案 物理观念 能理解能量转化的普遍性及能量守恒定律的内涵（总能量保持不变），建立“能量既不会凭空产生也不会凭空消失”的物理观念。 科学思维 能通过分析碰撞、电热转换等实例，推导能量转化的定量关系，判断能量守恒的适用性，提升现象分析与定量推理能力。 科学探究 能参与“验证机械能守恒”或“探究电热转化规律”实验，通过数据测量与分析验证能量守恒，提高实验设计与数据论证能力。 科学态度 与责任 通过了解能量守恒定律对科技发展的指导作用及能源损耗问题，认识节约能源的必要性，培养尊重科学规律、践行低碳生活的责任意识。 重点：理解能量守恒定律内涵及能量转化的普遍性。 难点：分析复杂场景中能量转化路径及守恒验证。 【知识回顾】 1.凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。 2.煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。 3.水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。 4.我国能源发展概况：①太阳能发电；②水力发电；③风能发电；④核能发电。 【自主预习】 1.能量守恒定律:在一个孤立系统里,能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,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其他物体,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:不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。 【思考交流1】 新能源汽车：汽车前面吊一块磁铁能不能一直吸着汽车前进？ 【问题体验1】能量守恒定律 思考1：如图所示,下列运动中能量是如何转化的? 提示:瀑布中水的重力势能转化成动能;弓箭的弹性势能转化为动能;滑滑梯的小朋友的重力势能转化为动能。 能量守恒定律：能量既不会凭空__________，也不会凭空__________，它只能从一种形式__________为其他形式，或者从一个物体__________到别的物体，在__________或__________的过程中，能量的总量__________。 思考2：电路中的能量转化情况是什么？ 思考3：近几年流行一种“自发电电动车”,基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处,车轮转动时,带动发电机运转,发出的电又继续供给电动车,你认为仅靠这种方式,电动车能持续运动下去吗? 提示:仅靠这种方式,不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式,只能将电动车的一部分能量收集起来,但电动车运动时受到的阻力做负功,不断把电动车的机械能转化为内能,根据能量守恒定律,要想使电动车持续运动下去,必须不断地给电动车补充新的能量,如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。 【问题体验2】能量转移或转化的方向性 思考1：把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？这说明了什么？ 思考2：物体所具有的内能能自发地转化为机械能吗？这说明了什么？ 上述分析说明，一切与热现象有关的宏观自然过程都是__________的，即一切与热现象有关的宏观过程都有__________。 在能量转化过程中，散失到环境中的__________很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的__________。 电池中的__________能转化为__________能，__________能又通过灯泡转化为__________能和__________能，__________被其他物质吸收之后变成周围环境的__________能。 能量耗散是从能量__________的角度反映出自然界中的宏观过程具有__________。 能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量__________,但在可利用的品质上__________了，从__________的能源变成__________的能源。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源的根本原因。 思考3：如图所示是位于中国湖北省宜昌市三斗坪镇境内的三峡大坝,三峡大坝年发电量超过1 000亿千瓦时,是当今世界上最大的水利发电工程。 (1)三峡大坝发电过程中涉及哪些能量转化? (2)能将水的全部动能转化为电能吗? 1.根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（　　） A. 电流的电能可以全部转变为内能 B. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 C. 在热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能 D. 在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体 【答案】D 【详解】根据热传导过程中能量转移的方向性，可知项说法错误； 根据内能与机械能之间转化的方向性，可知、项说法正确； 电能可以全部转变为内能，项说法正确。 2.地球上有大量的海水，若使海水温度降低就能释放出的热量。有人设想一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是（　　） A. 内能不能转化成机械能 B. 内能转化成机械能不满足能量守恒定律 C. 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性 D. 上述三种原因都不正确 【答案】C 【详解】内能可以转化为机械能，如热机，故A错 内能转化成机械能的过程满足能量守恒定律，故B错 热机不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化，对，错。 3.“化风为电，御风而行”。年月日，全球首台兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于月日成功并网发电。下列关于能源知识的说法正确的是（　　） A. “兆瓦”是能量单位 B. 风能属于不可再生能源 C. 风力发电实现了空气动能与电能的转化 D. 各种不同形式的能量在相互转化的过程中不需要做功 【答案】C 【详解】A、“兆瓦”是功率单位，故A错误； B、可再生资源，指可以重新利用的资源或者在短时期内可以再生，或是可以循环使用的自然资源，风能属于可再生能源，故B错误； C、风力发电实现了空气动能与电能的转化，故C正确； D、功是能量转化的量度，各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功，故D错误。 故选C。 4.为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是（　　） A.充电时电能全部转化为汽车的机械能 B.充电时电能全部转化为锂电池的化学能 C.汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能 D.汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能 【答案】C 【解析】充电时电能部分转化为锂电池的化学能，不是全 部，选项A、B错误； 汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为 汽车动能，部分转化为其他形式的能，选项C正确； 汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，选项D错误。 5.（2024·江西·高考真题）庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（　　） A．109W B．107W C．105W D．103W 【答案】B 【详解】由题知，Δt时间内流出的水量为 m = ρQΔt = 1.0×104Δt 发电过程中水的重力势能转化为电能，则有 故选B。 6．一种新型节能路灯如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是（　　） A. 小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B. 小风扇是小型电动机，将电能转化为风能 C. 太阳能电池板将太阳能转化为电能 D. 蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 【答案】C 【详解】“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯就可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，可用于路灯晚上照明使用，故AB错误 C.“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，故C正确 D.蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误。故选C。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $