第四章 1 能量 能量守恒定律(课件PPT)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（教科版）

该高中物理课件聚焦能量守恒定律，涵盖机械能守恒条件、能量分类及守恒定律应用，通过“箭和落石机械能变化”实例导入，衔接机械能知识，构建从特殊到普遍的学习支架。 其亮点在于结合撑竿跳高、太阳能帽子等生活实例及水力发电计算，强化能量观念，通过表格归纳力做功与机械能关系、总结解题步骤培养科学思维，讨论“自发电电动车”引导质疑创新。学生能联系实际深化理解，教师可借助结构化内容提升教学效率。

1　能量　能量守恒定律 DISIZHANG 第四章 1 1.了解各种不同形式的能之间可以相互转化。 2.认识能量守恒定律的重大意义，掌握能量守恒定律的内容(重点)。 3.会用能量守恒的观点分析、解决实际问题(重点)。 学习目标 2 一、机械能的守恒与不守恒 二、能量的分类 课时对点练 三、能量守恒定律 内容索引 3 机械能的守恒与不守恒 一 4 (1)对于由几个物体组成的系统而言，满足什么条件，该系统的机械能守恒？在什么情况下，该系统的机械能不守恒？ 答案　对由几个物体组成的系统，只有弹力或重力做功时，系统机械能守恒，如果其他力做功之和不为零，系统机械能不守恒。 (2)如图甲、乙，在机械能不守恒的情况下，该系统的机械能是增加了还是减少了？如果是减少了，减少的能量到哪里去了？ 答案　减少了。箭运动和落石滚动过程中，要克服阻力做功，减少的机械能转化为内能。 1.系统的机械能守恒的条件是：只有　　　或　　　做功。 2.如果一个系统除重力或弹力以外，还有　　　做功，系统的机械能就会发生变化：如果外力做正功，系统的机械能　　　；反之则系统的机械能　　　。 3.如果一个系统除重力或弹力以外，还有其他 　　(如滑动摩擦力)做功，系统的机械能会　　　，同时有热量产生。系统机械能的减少量等于所生成的　　　，也可以说减少的机械能转化成了　　　。 梳理与总结 重力 弹力 外力 增加 减少 内力 减少 热量 内能 　 (2023·大庆市一模)撑竿跳高是一项运动员经过持竿助跑，借助竿的支撑腾空，在完成一系列复杂的动作后越过横杆的运动。下列说法正确的是 A.运动员撑竿上升的过程中，竿的弹性势能增大 B.运动员撑竿上升的过程中，运动员的重力势能不变 C.运动员撑竿上升的过程中，运动员的机械能增大 D.运动员越过横杆在空中运动的过程中处于超重状态 例1 √ 运动员撑竿上升过程中，竿的弹性势能转化为运动员的机械能，故此过程中竿的弹性势能减小，运动员的机械能增大，A错误，C正确； 运动员撑竿上升的过程中，高度逐渐增加，所以运动员重力势能增大，B错误； 运动员越过横杆在空中运动的过程中，加速度向下，处于失重状态，D错误。 总结提升 力做功与系统机械能变化的关系 力做功 系统机械能的变化 定量关系 重力做功 机械能不变 ΔE＝0 弹簧弹力做功 机械能不变 ΔE＝0 除重力和系统内弹力以外其他力做的功 机械能变化 ΔE＝W其他 一对相互作用的滑动摩擦力做的总功 机械能减少 ΔE减＝Q＝fx相对 　某海湾共占面积1.0×106 m2，涨潮时水深20 m，若利用这个海湾修建一座水坝，此时关上水坝的闸门，可使水位保持20 m不变。退潮时，坝外水位降至18 m。假如利用此水坝建水力发电站，已知重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，涨潮和退潮时水流都推动水轮机发电，试估算该电站一天能发多少电能？重力加速度g取10 m/s2。海水密度近似为1.0×103 kg/m3。 例2 答案　8.0×109 J 一次涨潮水的质量m＝S×Δh×ρ，一次涨潮水的重力势能变化ΔEp＝ 　 　，一次涨潮水的重力势能转化为电能ΔE电＝ΔEp×10%，发电站一天能发电能E电＝ΔE电×4＝8.0×109 J。 返回 能量的分类 二 13 1.根据研究对象划分 (1)在力学中，讨论和研究的是宏观物体的运动，对应的能量是 。 (2)在热学中，我们讨论和研究的是由大量微观粒子(分子)组成的热力学系统，对应的能量主要是　　　(包括分子动能和　　　　　)。 (3)在电磁学中，我们讨论和研究的是电场、磁场及其与电荷、电流的相互作用，对应的能量主要是　　　　。 2.根据物质的运动形式划分 机械运动对应着　　　　；热运动，即分子的无规则运动对应着　　　；电磁运动对应着　　　　；化学变化，即原子的外层电子变动，对应着_______；原子核的变化对应着　　　。 机械能 内能 分子势能 电磁能 机械能 电磁能 内能 化学能 核能 　市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是 A.太阳能→电能→机械能 B.太阳能→机械能→电能 C.电能→太阳能→机械能 D.机械能→太阳能→电能 例3 √ 太阳能电池板将太阳能转化为电能，然后对小电动机供电，小电动机将再电能转化为小电扇快速转动的机械能，故A正确，B、C、D错误。 返回 能量守恒定律 三 17 1.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式　　　为另一种形式，或者从一个物体　　　到另一个物体，在转化或转移的过程中其　　　　　。 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。 转移 转化 总量不变 3.能量守恒定律的意义：能量守恒定律不只是物理学的基本规律，而且是包括生命科学在内的整个　　　　　的基本规律，它的发现被认为是19世纪自然科学的三个伟大发现之一。 4.永动机之所以不可能成功，就在于它违背了 ，企图不消耗任何能量而做功。 自然科学 能量守恒定律 有一种“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？ 讨论交流 答案　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，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。 (1)自然界中的任何变化过程都满足能量守恒定律。(　　) (2)当一个物体的能量减少时，一定有其他物体的能量增加。(　　) (3)技术足够发达后，永动机就可以制成。(　　) (4)能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。(　　) √ √ × √ 易错辨析 　 (多选)下列关于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.“摩擦发热”过程中创造了热，不符合能量守恒定律 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 例4 √ √ 根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确； 某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确； “摩擦发热”是将机械能转化为内能的过程，符合能量守恒定律，故C错误； 石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。 　自动充电式电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动车自动滑行时，电动车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是 A.200 J B.250 J C.300 J D.500 J 例5 √ 用能量守恒定律解题的基本步骤： (1)分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初末状态能量的具体形式。 (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)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。 总结提升 (2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比。 答案　2∶1 设A带正电荷，B带负电荷，且所带电荷量大小均为Q，则C与A接触 后，A、C带电荷量为 C与B接触后，B、C带电荷量为 同理若A带负电荷，B带正电荷，A、B带电荷量之比仍为2∶1。 　 如图所示为冲击摆实验装置，一子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆到一定的高度，下面有关此过程中能量转化的情况说法正确的是 A.子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B.子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C.子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D.子弹的一部分动能转变成沙箱和子弹的内能， 　另一部分动能转变成沙箱和子弹的重力势能 √ 针对训练 子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，沙箱和子弹一起摆到一定的高度，要克服重力做功，所以子弹的一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的重力势能，D正确。 返回 课时对点练 四 31 考点一　机械能的守恒与不守恒 1.如图所示，撑竿跳高运动包括三个阶段：助跑、撑竿起跳、越横竿，其中发生了弹性势能转化为重力势能的阶段是 A.助跑阶段 B.越横竿阶段 C.撑竿起跳阶段 D.越横竿阶段和助跑阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 基础对点练 √ 2.(2022·浙江高二学业考试)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100 m。不计空气阻力，下列说法正确的是 A.水下落过程中重力势能增加 B.水下落过程中机械能增加 C.水减少的一部分机械能转化为电能 D.重力对水做负功 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水下落的过程中，质量不变，高度降低，重力做正功，所以重力势能减小，故A、D错误； 水下落过程中，只有重力做功，所以机械能守恒，故B错误；水下落过程中，减少的一部分机械能转化为电能，故C正确。 考点二　能量守恒定律 3.(多选)下列说法正确的是 A.能量只能以势能和动能两种形式存在 B.能量只能存在于具有一定高度或运动速度的物体中 C.任何物质均具有能量 D.能量存在形式多种多样，且不同形式能量之间可以相互转化，并且转 　化过程中总能量是守恒的 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 4.李白诗句“君不见，黄河之水天上来，奔流到海不复回”，从物理学的角度理解，对于一定质量的黄河水在奔流过程中 A.只有重力对流水做功 B.动能越来越大 C.重力势能全部转化为动能 D.经发电站时，水的机械能减少 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水在奔流过程中，既有重力做功又有河道阻力做功，故选项A错误； 水的动能根据地形有可能增加也有可能减小，也有可能不变，故选项B错误； 水的重力势能一部分转化为动能，还有一部分转化内能，故选项C错误； 经发电站时，水的机械能有一部分转化为电能，故机械能减小，故选项D正确。 5.某人设计了一个“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，因为他的设计违背了 A.能量守恒定律 B.电荷守恒定律 C.机械能守恒定律 D.质量守恒定律 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 6.(2024·邢台市四校质检联盟高二月考)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.太阳能电池板将太阳能转化为电能 C.小风扇是风力发电机，将电能转化为风能 D.蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 “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A、 C错误； “肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能， 故B正确； 蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误。 7.某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算转化为电能的功率的公式为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8.某广场音乐喷泉其中一个喷水管单位时间竖直喷出体积V＝0.04 m3的水，喷高可达13层楼的高度，已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，不计空气阻力，电动机用于该喷水管的功率约为 A.1.6×104 W B.8.0×104 W C.1.0×105 W D.2.0×105 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 根据生活常识，每层楼高约为h＝3 m，所以喷水的高度H＝13h＝39 m，设电动机用于该喷水管的功率为P，在接近管口很短一段时间Δt内水柱的质量为m＝ρVΔt，由能量守恒定律，电动机使水具有动能后，水的动能转化为水的重力势能，可得PΔt＝Ek＝mgH，解得P≈1.6×104 W，故A正确，B、C、D错误。 9.(2023·广西示范性高中联合调研测试)某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为R＝30 m的圆面。某时间内该地区的风速v＝3 m/s，风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知空气的密度ρ＝ 1.2 kg/m3，若该风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化 为电能。π取3.14，求： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (1)单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积V； 答案　8 478 m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 每秒冲击风车车叶的气流体积为V＝SL＝Svt＝πR2vt＝π×900×3×1 m3＝ 8 478 m3。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (2)单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能Ek； 答案　45 781.2 J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (3)此风力发电机发电的功率P。 答案　4 578.12 W 10.“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧”的钱塘江大潮，被誉为天下奇观。小莉设想用钱塘江大潮来发电，在江海交接某处建一大坝，形成一个面积为1.0×107 m，涨潮时水深达25 m的蓄水湖，关上水闸落潮后坝内外水位差为2 m。若发电时水重力势能的12%转变为电能，并只有退潮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时发电，每天涨潮两次，求该电站每天能发多少电。(已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g＝10 m/s2) 答案　4.8×1010 J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回 BENKEJIESHU 本课结束 mg 电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图可知，第二次的位移是第一次的，故用于充电的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。 QA′＝QC′＝＋Q QB′＝QC″＝＝－Q 故A、B带电荷量大小之比为||＝＝。 风的动能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。 A.P＝ρSv B.P＝ρSv2 C.P＝ρSv3 D.P＝ρSv4 单位时间的气流的质量m＝ρV ＝1.2×8 478 kg＝10 173.6 kg，气流的动能Ek＝mv2＝×10 173.6×32 J＝45 781.2 J。 每秒风的动能转化为的电能E电 ＝ ηEk＝ 10% × 45 781.2 J＝ 4 578.12 J，则此风力发电机发电的功率为P＝＝ W＝ 4 578.12 W。 退潮时水的落差是h＝2 m，水的质量是m＝ρV＝ρSh，这些水的重心下降高度Δh＝h，重力势能减少ΔEp＝mgΔh＝ρgSh·h＝ρgSh2，每天发出的电能为ΔE＝2ΔEp×12%＝0.12ρSgh2＝4.8×1010 J。 $