3.2 能量的转化与守恒 课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“能量的转化与守恒”，系统呈现定律的发现历程、核心内容及应用，通过“想一想”（如跑步时能量转化）联系生活现象，以热力学第一定律为具体体现搭建知识支架，帮助学生构建能量观念。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过“易错辨析”判一判强化认知，“典例剖析”（绝热容器活塞问题）引导科学推理，“随堂检测”（冲击摆实验）联系实际。学生提升能量观念和问题解决能力，教师可借助多样化练习与实例提高教学效率。

第3章　热力学定律 第2节　能量的转化与守恒 课标要求 1.理解能量守恒定律。(物理观念) 2.能用能量守恒的观点解释自然现象。(物理观念) 3.体会能量守恒定律是最基本最普遍的自然规律之一。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、能量守恒定律的发现 1.迈尔的发现:从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可相互转化,提出了物理、化学过程中　　　　　　　的思想。  2.焦耳的研究:通过实验得出了　　 　　,从而给出了电能向内能转化的定量关系,为发现普遍的能量守恒定律打下基础。  3.亥姆霍兹的贡献:系统地阐述了能量守恒原理,从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程,揭示了它们之间的统一性,将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。 能量守恒 焦耳定律 二、能量守恒定律及其应用 1.能量守恒定律 能量既不会消失,也不会创生,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,而能量的总值　　　　　　　。  2.能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能量可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 (3)热力学第一定律就是能量守恒定律在　　　　　　　领域内的具体体现。  转化 转移 保持不变 热现象 想一想(1)在能量发生转化或转移时,能量的总量会减少吗? (2)人在跑步时,储存在人体内的能量是如何转化的? 提示 (1)能量的总量不会减少。 (2)一部分能量转化为动能,另一部分能量转化为内能。 易错辨析 判一判 (1)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(　　) (2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。(　　) (3)能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的。(　　) (4)一个物体的能量在减少,必然有其他物体的能量在增加。(　　) (5)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明能量消失了。(　　) 提示 能量的总量保持不变。 提示 石子停止在地面上,机械能转化为内能。 √ √ × √ × 即学即用 练一练 (多选)下面设想符合能量守恒定律的是(　 　) A.利用永久磁铁间的作用力,造一台永远转动的机械 B.做一条船,利用太阳的能量逆水行舟 C.通过太阳照射飞机,使飞机不带燃料也能飞行 D.利用核动力,使地球离开太阳系 BCD 解析 利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能,但由于摩擦力的不可避免性,动能最终转化为内能使转动停止,故A不符合;可利用光能的可转化性和电能的可收集性,使光能转化为船的动能或飞机的动能,实现逆水行舟或飞机不带燃料飞行,故B、C符合;利用反冲理论,以核力为能源,使地球获得足够大的速度,挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系,故D符合。 重难探究·能力素养全提升 探究点　能量守恒定律及其应用 导学探究 (1)如图所示的永动机能实现吗? (2)热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系? 要点提示 (1)不能,违反了能量守恒定律。 (2)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,它某时刻各个领域,范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体现。 知识归纳 1.能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能量:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有电磁能、化学能、原子能等。 (2)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。 2.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,必须满足只有重力或系统内的弹力做功;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。 3.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能量规律联系起来,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的相互转化的可能性。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。 (3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。 典例剖析 【例题】　如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳拉紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。某时刻绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡状态。经过此过程(　　) A.Ep全部转换为气体的内能 B.Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的 弹性势能 C.Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D.Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能 D 解析 当绳子突然断开时,活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F'共同作用,其合力向上,经多次往复运动后活塞静止时,活塞处于三力平衡状态,气体体积必减小,外力对气体做正功,由于容器绝热,气体的内能增加,而活塞最终的静止位置比初始位置高,其重力势能增加,最终弹力与另外两个力的合力平衡,弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep',由能量守恒定律得Ep等于Ep'、活塞增加的重力势能、气体增加的内能之和,所以D选项正确。 规律方法　应用能量守恒定律解题的方法步骤 (1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。 (2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。 (3)根据下列两种思路列出能量守恒方程:ΔE减=ΔE增。 ①某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量与增加量一定相等。 ②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定相等。 (4)代入数据,计算结果。 对点演练 汽车关闭发动机后,沿斜面匀速下滑的过程中(　　) A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.汽车的机械能转化成内能,汽车的总能量减少 D.汽车的机械能逐渐转化为内能,汽车的总能量守恒 C 解析 汽车能匀速下滑,一定受阻力作用,克服阻力做功,机械能转化为内能,一部分内能散发出去,汽车的总能量减少。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.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 C 1 2 3 解析 永动机违背了能量守恒定律,即使以后科技再发达,也不可能制成,A错误;太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极小的一部分,辐射到宇宙空间的能量没有消失,B错误;马运动必须消耗能量,动物的能量来源于食物中储存的化学能,C正确;所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的,一般是一个摆锤,当人戴着手表活动时,摆锤不停地摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动,D错误。 1 2 3 2.冲击摆实验装置如图所示,一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定的高度,则下面有关能量的转化的说法正确的是(　　) A.子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能 C.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D.子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能,另一部分 转变成沙箱和子弹的机械能 D 解析 子弹在射入沙箱瞬间,要克服摩擦阻力做功,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机械能。 1 2 3 3.如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒通过气针慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数。打开卡子,胶塞冲出容器口后,温度计示数　　　,实验表明　　　对　　　　做功,内能　　　　。  变小 气体　 外界 减少 1 2 3 解析 胶塞冲出容器口的过程中,气体膨胀,对外做功,W<0,由于没时间进行热交换,由ΔU=W可知内能减小。内能等于分子动能与势能之和,由于体积增大,势能增大,所以分子平均动能减小,所以温度降低,温度计示数变小。 $