第三章 3 能量守恒定律-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

高中物理选择性必修第三册（人教版） 特别注意：物体与活塞碰撞时有机械能损失。 变式训练2AD 例3A【解析】热量能够自发地从高温物体传递 到低温物体，在外界影响下也能够从低温物体传递到高 温物体，比如电冰箱，故A正确：物体的内能是指物体 内部所有分子的动能和分子势能之和，由于分子永不停 息地做无规则运动，所以任何物体都有内能，故B错 误；热量是过程量，只有吸、放热过程中，才能比较热 量的多少，故C错误；物体吸收了热量，可能用来加快 分子的无规则运动，即表现在物体的温度升高；也可能 用来改变物体的状态，比如晶体的熔化过程。所以，物 体吸收了热量，物体的温度可能升高，也可能不变，故 D错误。 变式训练3C 例4C【解析】打气筒打气时气筒壁发热，即通 过做功的方式改变内能，故A错误：搓搓手就会觉得暖 和些，是通过做功将体内的化学能转化为内能，故B错 误；阳光照射衣服是通过热传递的方式改变衣服的内 能，故C正确：擦火柴时，是通过做功使火柴头上的红 磷温度升高，D错误。 变式训练4CD 情境拓展 A【解析】人体挤压健身球过程中，气体体积减小， 外界对气体做正功：健身球是用绝热材料制成，Q=0 △U=W,球内气体内能增大，A正确；人体离开健身球 前后，气体体积增大，气体对外界做功内能减少，气体 温度降低，气体压强减小，气体分子平均动能减小，但 不是所有气体分子的运动速率都减小，球内单位时间单 位面积上撞击的分子数减少，B、C错误；将健身球举 高，气体重力势能增大，但理想气体分子势能忽略不 计，D错误。 “2.热力学第一定律 知识梳理 知识点1热力学第一定律 1.热量做功2.Q+W 知识点2热力学第一定律的应用 增加正值负值增加正值负值 要点突破 例1C【解析】自热米饭盒爆炸前，盒内气体温 度升高，由分子动理论可知，气体分子间的距离很大， 气体分子间作用力忽略不计，即使需要考虑分子间的作 用力，分子间的作用力也应该表现为引力，故A错误： 根据热力学第一定律，爆炸前气体温度升高，内能应增 大，突然爆炸的瞬间气体对外界做功，这一瞬间可以忽 36 略热传递，所以其内能应减少，温度也会有所下降，故 B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升 高，分子平均动能增加，但并不是每一个气体分子速率 都增大，故D错误。 变式训练1A 例2(1)状态C的温度Tc为320K。(2)气体 是吸收热量，其数值为420J。【解析】(1)由理想气 体状态方程为D-卫，代入数据解得T320K。 Ta Tc (2)由热力学第一定律公式△U=Q+W,得到Q=420J>0, 气体吸收热量。 变式训练2D 情境拓展 (1)充入的气体在该室温环境下压强为p时的体积 为3V。(2)气体在状态N与状态M时的热力学温度 之比为卫V (3)气体在图乙中沿实线从M到N的 4poVo 过程是吸热。【解析】(1)充气过程中气体发生等温 变化，设充入的气体体积为△V,根据玻意耳定律有 poVo+po△V=4poVa,解得△V=3Va。(2)容器喷出一部分 水后，被封闭的一定质量的气体的体积、压强和温度都 将发生变化，设状态M对应的温度为T,状态N对应 的温度为T,根据理想气体的状态方程有poV=卫V1 To T 可得状态N和状态M的热力学温度之比I=pV To 4poVo (3)气体在图乙中沿实线从M到N的过程是吸热。 >"3.能量守恒定律 知识梳理 知识点1能量守恒定律 产生消失转化转移总量 知识点2永动机不可能制成 1.动力燃料2.能量守恒 要点突破 例1A【解析】能量能从一种形式转化为另一种 形式，也能从一个物体转移到另一物体，故A错误，B 正确；某一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能 量减少，一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C正确，D正确。 变式训练1A 例2（山F的大小为2。 (2)AC段与CB 段动摩擦因数1与2的比值是3：2。【解析】(1)设 水平拉力为F,力的作用时间为，对金属块，由牛顿 第二定律可得a,=m竖-ug,由匀变速直线运动的速度 m 公式可知，o=4,则t0；对小车，由牛顿第二定 g 律可得-Fmg,由匀变速直线运动的速度公式可 2m 知：2at,=F-pmex vo,则F=5mg①； 2m uig 在A→C过程中，由动能定理得 对金属块：4mgs=2m②， 对小车：(-ung5:=2×2mx2wP③， 由几何关系可知：5号④， h1230解得-号，上5严。 L (2)从小金属块滑至车中点C开始到小金属块停在 车的左端的过程中，系统外力为0，动量守恒，设共同 速度为，由2m2otm=(2m*m加，得u=号w,由能量 守恒得mg号-号m+之x2mx(2m户分x3mx停可月， L-1 变式训练2BD 情境拓展 D【解析】由题意可知，磁铁对小铁球的吸引力大 于重力沿槽向下的分力。小铁球沿槽M滚动时是加速 前进的，小铁球沿N槽滚动时可能是先加速后一定是减 速的。从力的方面定性的无法确定小铁球是否能一直运 动下去；从能量来分析，若忽略摩擦，小铁球即使能滚 到N槽下端（不是槽M下端），其速度也必为零。在不 获得其他任何能量的前提下，无论如何也不可能再获得 速度，使自己绕着弯曲处上升，重新回到M槽底端， 故A、B、C错误，D正确。 >"4.热力学第二定律 知识梳理 知识点1热力学第二定律 1.方向性(1)自发地(2)完全2.等价 方向 知识点2热机 1.机械能2.高温低温 知识点3热力学第二定律的微观表述 1.增大2.无序性3.自发减少不变增加 参考答案与解析。 熵增加 知识点4能源和可持续发展 1.(1)内能(2)热力学第二定律方向 (3)有用不大可用降低 2.(1)能量(2)不可再生可再生(3)石油 要点突破 例1AC【解析】不能从单一热源吸收热量使之完 全变为功而不产生其他影响，但在一定的条件下可以从 单一热源吸收热量，使之完全变为功，故A正确；由热 力学第一定律可知：只对某一热力学系统做功或热传 导，该系统内能一定改变，但是对热力学系统同时做功 和热传导，该系统内能可能不变，故B错误：空调机在 制冷过程中，把室内的热量向室外释放，消耗电能，产 生热量，故从室内吸收的热量小于向室外放出的热量， 故C正确，D错误。 变式训练1BC 例2D【解析】根据热力学第二定律，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：第二类永动机并不违反能量转化和守恒定律，不可 能制成是因为违反了热力学第二定律，系统从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响是不可 能的，故D正确。 变式训练2C 例3ACD【解析】熵是热力学系统内分子运动无 序程度的量度。对孤立系统而言，一个自发的过程中嫡 总是向增加的方向进行。嫡值越大，表明系统内分子运 动越无序。 变式训练3AD 例4C【解析】在能源的利用过程中，虽然能量 在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故A错误； 能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来 越小，但总量不会减少，故B错误，C正确；由能量守 恒可知D错误。 变式训练4CD 情境拓展 AD【解析】根据题目描述可知，A端为冷端，B端 为热端，因此A端流出的气体分子热运动平均速率一定 小于B端流出的，但气体的质量未知，所以无法确定气 体内能的大小关系，故A正确，B错误；该装置气体进 出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定 律，故C错误，D正确。 373.能量 知识梳理 川知识点1能量守恒定律 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 到别的物 体。在转化或转移的过程中，能量的 保持不变。 川知识点2永动机不可能制成 1.第一类永动机：第一类永动机不需要任何 或 却能不断的对外做 功，史称“第一类永动机”。 2.第一类永动机不可能制成的原因： 定律说明第一类永动机不可能制成。 要点突破 川要点1理解能量守恒定律 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，汽车刹车时机械能转化为 内能，燃烧煤时化学能转化为内能，电 动机工作时电能转化为机械能和内能等。 2.第一类永动机不可能制成的原因：以热 机为例，如果没有外界供给热量而对外 做功，由热力学第一定律公式△U=Q+W 第三章热力学定律 守恒定律 可知，系统内能将减少，若想源源不断 地做功，就必须使系统不断回到初始 状态，在无外界能量供给的情况下是不 可能的。 例1下列关于能量转化与守恒定律的说法 错误的是（) A.能量能从一种形式转化为另一种形式， 但不能从一个物体转移到另一物体 B.能量的形式多种多样，它们之间可以相 互转化 C.一个物体能量增加，必然伴随着别的物 体能量减少 D.能量转化与守恒定律证明了能量既不会 产生也不会消失 思路点拨 明确能量守恒定律的基本内容，知 道能量的转化和守恒定律是指能量在转 化和转移中总量保持不变，但能量会从 一种形式转化为其他形式。 B变式训练① 能量守恒定律是自然界最普遍的规律 之一。以下不能体现能量守恒定律的是 () A.牛顿第三定律 B.机械能守恒定律 C.闭合电路欧姆定律 D.楞次定律 学(65 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 川要点2能量守恒定律的应用 1.能量守恒定律的两种表述 (1)某种形式的能量减少，一定存在其他形 式的能量增加，且减少量等于增加量。 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物 体的能量增加，且减少量等于增加量。 2.能量守恒定律与热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律在热学 中的体现，能量守恒定律是自然界的一条普 遍规律，一切违背能量守恒定律的过程都是 不可能实现的，因此，不消耗能量却可以源 源不断对外做功的永动机不可能制成。 例2如图所示，光滑水平地面上停着一辆 平板车，其质量为2m,长为L,车右端(A 点)有一块静止的质量为m的小金属块。金 属块与车间有摩擦，以中点C为界，AC段 与CB段动摩擦因数不同。现给车施加一个 向右的水平恒力，使车向右运动，同时金属 块在车上开始滑动，当金属块滑到中点C 时，即撤去这个力。已知撤去力的瞬间，金 属块的速度为vo,车的速度为2vo,最后金属 块恰停在车的左端(B点)。求： (1)F的大小。 (2)AC段与CB段动摩擦因数1与2的 比值。 B▣ 例2题图 (66)学 思路点拨 (1)分别研究平板车与小金属块，求出 加速度，由动能定理求出位移，找 出平板车与金属块位移间的关系， 然后求出拉力。 (2)由动量守恒定律求出金属块与小车 的共同速度，然后由能量守恒定律 求出动摩擦因数。 B变式训练2 (多选)辽宁西部常年风 力较大，为风力发电创造了有 利条件。如图所示，风力推动 三个叶片转动，叶片带动转子 (磁极)转动，在定子（线圈） 中产生电流，实现风能向电能变式训练2题图 的转化。已知叶片长为r,风速为v,空气 密度为p,流到叶片旋转形成的圆面的空气 中约有号速度减速为0，有子以原速率穿 过，如果不考虑其他能量损耗，下列说法正 确的是( A.一台风力发电机的发电功率约为 名nmrn B.一台风力发电机的发电功率约为 5pury3 1 C.空气对风力发电机一个叶片的平均作用 力约为子m D.空气对风力发电机一个叶片的平均作用 方约为后m 情境拓展 大约在1670年，英 国约翰·维尔金斯设计了 一种磁力“永动机”， 如图所示。在小柱上放 一个强力的磁铁A,两 情境拓展题图 个斜的木槽M和N叠着倚靠在小柱旁边， 上槽M的上端有一个小孔C,下槽N是弯 曲的。他认为：如果在上槽上放一个小铁球 B,那么由于磁铁A的吸引力，小球会向上 滚，可是滚到小孔处，它就要落到下槽N 上，一直滚到N槽的下端，然后顺着弯曲处 绕上来，跑到上槽M上。在这里，它又受 4.热力学 知识梳理 川知识点1热力学第二定律 1.热力学第二定律是反映宏观自然过程的 的定律。它有多种表述。 (1)克劳修斯表述：热量不能 从低 温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热 量，使之 变成功，而不产生其 他影响。 2.两种表述的关系：上述两种表述是 的，可以从其中一种表述推导出另一种表 述。而且对任何一类宏观自然过程进行 的说明，都可以作为热力学第二 定律的表述。 第三章热力学定律。 到磁铁的吸引，重新向上滚，再从小孔里落 下去，沿着N槽滚下去，然后再经过弯曲处 回到上槽里来，以便重新开始运动。这样， 小球就会不停地前后奔走，进行“永恒的运 动”。关于维尔金斯的“永动机”，正确的认 识是() 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.如果忽略斜面摩擦，铁球质量较小，磁 铁磁性又较强，则这种“永动机”可以 实现 D.违背能量守恒定律，不可能实现 第二定律 川知识点2热机 1.定义：把内能转化为 的装置。 2.原理：热机从 热库吸收热量Q, 推动活塞做功W，然后向 热库 释放热量Q2。 川知识点3热力学第二定律的微观表述！ 1.热力学第二定律的微观解释：一切自然过 程总是沿着分子热运动的无序性 的方向进行。 2.嫡：在热力学中，嫡表示系统内分子运动 的 的量度。 3.用嫡的概念表示热力学第二定律 在任何 过程中，一个孤立的系 统的总熵不会 。如果过程可逆，则嫡 学(67