第2节 能量守恒定律及其应用-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦能量守恒定律及其应用，通过煮熟的鸡蛋冷水降温、牛顿摆运动、风力发电等生活实例导入，引导学生区分能量转移与转化，搭建从生活现象到热力学第一定律与能量守恒定律联系的学习支架。 其亮点在于以物理观念中的能量观念为核心，结合科学思维的科学推理（如子弹射入木块的能量转化分析）和科学探究的问题讨论（“全自动”手表是否永动机的辨析），通过例题、针对练及随堂测评强化应用。帮助学生深化能量守恒理解，提升分析能力，教师可高效开展分层教学。

第二节　能量守恒定律及其应用 　　　　 第三章　热力学定律 1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本 规律。　 2.知道第一类永动机及其不可能制成的原因。 素养目标 知识点一　能量守恒定律 1 知识点二　第一类永动机不可能制成 2 课时测评 4 随堂演练　对点落实 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　能量守恒定律 返回 自主学习 情境导入　观察下列图片，思考哪些属于能量转化，哪些属于能量转移？ 提示：图1属于内能的转移，图2属于机械能的转移，图3中风能转化为 电能。 教材梳理 (阅读教材P61－P62完成下列填空) 1．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__________，或者从一个物体转移到__________；在转化和转移过程中其__________。 2．热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生______时的能量守恒定律。 其他形式 别的物体 总量不变 转化 课堂探究 师生互动　热力学第一定律与能量守恒定律有何联系和区别？ 提示：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，它包括各个领域。热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生转化时的能量守恒定律。 (多选)子弹射入静止于光滑水平地面上的木头，则 A．做功使木块的内能增大 B．热传递使木块的内能增大 C．子弹损失的机械能大于木块增加的内能 D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能 例1 √ √ 子弹克服摩擦力做功，使子弹和木块内能增加；由能量守恒定律可知，子弹损失的机械能等于系统增加的内能和木块增加的动能，系统总能量保持不变。故选AC。 1．能量守恒定律是没有条件的 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，必须是在只有重力做功或系统内弹簧弹力做功的情况下；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。 2．能量守恒定律的两种表述 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 探究归纳 √ 针对练1.有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量 转化是 A．化学能转化为电能　　　 B．内能转化为电能 C．化学能转化为光能 D．机械能转化为电能 根据题意可知转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，即压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能，故选D。 返回 针对练2.用质量为0.5 kg的铁锤，去打击质量为2 kg的铁块。铁锤以12 m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为零。设每次打击产生的热量中有50%被铁块吸收，共打击50次，则铁块温度升高多少摄氏度？[已知铁的比热容为460 J/(kg·℃)，Q＝CM·Δt] 答案：0.98 ℃ 知识点二　第一类永动机不可能制成 返回 情境导入　根据热力学第一定律，思考能否做出不消耗自身内能、也不吸热、却可以源源不断地对外做功的机器。 提示：不能做出。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知ΔU＝0时，Q＝－W，物体必须从外界吸收热量(Q＞0)，才能对外做功。 自主学习 教材梳理 (阅读教材P62－P63完成下列填空) 1．不需要任何动力或燃料却能不断__________，这种机器被称为第一类永动机。 2．第一类永动机违反了______________，所以是不可能制成的。 对外做功 能量守恒定律 师生互动　有一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？能设法验证吗？ 提示：不是。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。 课堂探究 (多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是 A．第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器 B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 例2 √ √ 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因。故选AD。 针对练. 大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜坡下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小铁球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是 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．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强， 则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律，不可能实现 √ 根据题述，维尔金斯“永动机”不消耗能量，又能源源不断地对外做功，这是第一类永动机，其违背了能量守恒定律，不可能实现。故选D。 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 根据能量守恒定律的内容可知D正确；能量守恒定律是自然界的普遍规律，适用于一切能量转移和转化过程，故A、B错误；“摩擦生热”实质上是摩擦力做功将机械能转化成了内能，其转化过程符合能量守恒定律，故C错误。 1．有关能量守恒定律，下列说法正确的是 A．只适用于机械能与内能的相互转化 B．只适用能量转化过程 C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律 D．根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变 √ 2.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动。下列说法正确的是 A．小球机械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D．总能量守恒，但小球的机械能减少 √ 小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量没有消失，故B错误；小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，但总能量守恒，故C错误，D正确。 不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子在下落和碰撞过程中机械能转化为了石子及其周围物体的内能，机械能并没有消失，D错误。 √ 3．(多选)下列对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．不需要任何动力或燃料而持续对外做功的机器－－第一类永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 √ √ 4.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是 A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 √ 叶片进入水中后吸热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律可知，转轮转动所需能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒定律可知，叶片吸收的热量一部分转化为叶片的弹性势能，一部分释放于空气中，故D正确。 返回 课 时 测 评 返回 1.在下列家用电器中，把电能主要转化为机械能的是 A．吸尘器 B．充电器 C．电水壶 D．电烤箱 √ 吸尘器装备有电动机，能够把电能转化为机械能；充电器是变压器，是升高或者降低电压的装置；电水壶是把电能转化为内能的电器；电冰箱是把热量从低温物体转移到高温物体的装置，同时会产生热量。故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能量的总量保持不变，故D正确。 2．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中 A．汽车的机械能守恒 B．汽车的动能和势能相互转化 C．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少 D．机械能逐渐转化为内能，总能量不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，A错误，D正确；冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，B、C正确。故选A。 3．高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是 A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒 B．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能 C．冰雹的内能增大 D．冰雹的机械能不守恒 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 能量守恒定律是自然界中最普遍的基本定律，所有能量转化和转移的过程都遵从能量守恒定律，A错误，B、C、D正确。 4．(多选)下列说法中正确的是 A．能量守恒定律只适用于物体内能的变化 B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律 C．能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确，A、C、D错误。 5．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为 A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律 C．暂时找不到理想的材料 D．暂时找不到合理的设计方案 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 6．(多选)下列说法正确的是 A．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 B．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”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 √ 第一类永动机违反能量守恒定律，是不可以制成的，A错误；根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，B正确；“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正确；由能量守恒定律可知，能量是不能凭空产生的，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 7.网络上有人做了一个与电磁感应相关的实验，如图所示，他把一个线圈放置在支架上，旁边放置一个磁铁，用手转动线圈后，线圈就会一直运动下去，演示得有板有眼。这是一种假象，我们应该用科学的物理观念认识此实验，显然它违背了 A．法拉第电磁感应定律 B．电阻定律 C．欧姆定律 D．能量守恒定律 用手转动线圈后，线圈才能一直运动下去，同时，线圈中会产生感应电流，即产生电能，违背了能量守恒定律。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 8.如图是中国古代玩具饮水鸟，饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻璃管连接，内部装有易挥发的液体。其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动。A、B是鸟上两点，下列说法正确的是 A．A、B两点的向心加速度大小相同 B．A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同 C．此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生 D．此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一 类永动机可以制成 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 根据同轴转动角速度相等可知，A、B两点的角速度大小相同，A点半径大，根据v＝ωr可知线速度较大，故B正确；A点半径大，根据a＝ω2r可知加速度较大，故A错误；由题意可知，饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，故C、D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 9.(多选)(2025·广东广州高二期中)内燃机的做功过程是气缸内高温高压气体的膨胀过程，如图所示。对这一过程气缸内的气体，下列叙述正确的是 A．气体对外做功，部分内能转化为机械能 B．气体的分子势能减少 C．气体从外界吸收热量 D．气体的温度下降 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 气体膨胀过程体积变大，则气体对外做功，部分内能转化为机械能，选项A正确；气体分子间作用力很小，分子势能很小，认为不变，故B错误；气体体积变大，对外做功，又由于此时气体的温度要大于环境和缸套的温度，气体对外做功的同时会放出热量，气体的内能会减小，气体的温度会降低，故C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 10.如图为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中正确的是 子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能变成沙箱和子弹的机械能，之后共同摆起一定高度的过程中机械能守恒，不再有机械能转化为内能。故选D。 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.风力发电是一种环保的电能获取方式。如图为某风力发电站外观图。假设当地水平风速约为10 m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20%，风力发电机的叶片长度为10 m，空气的密度为1.29 kg/m3，某工厂用电的功率为320 kW，则用这样的风力发电机为该工厂供电，大约需要风力发电机的数量为 A．6 B．8 C．10 D．12 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.(8分)如图所示，一个绝热气缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一质量为15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体内能的增加量(g取10 m/s2，忽略大气压力及摩擦阻力的影响)。 由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量，则ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J。 答案：20 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13．(8分)某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积为S＝3.2 dm2的保温圆筒，筒内装有质量为m＝0.4 kg的水，让太阳光垂直照射t＝3 min，水升高的温度Δt＝2.2 ℃，已知水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，地球半径为R＝6 400 km，试估算出太阳向地球表面辐射能量的功率。(提示：Q＝cmΔt) 答案：8.3×1016 W 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 谢 谢 观 看 ！ 第三章 　热力学定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 叶片旋转所形成的圆面积为S＝πL2，时间t内通过该圆面积的风柱体积为V＝Svt＝πL2vt，风柱的质量为m＝ρV＝ρπL2vt，风柱的动能为Ek＝mv2＝ρπL2v3t，风的动能转化成的电能为E＝ηEk＝ηρπL2v3t，发电的电功率为P＝＝ ηρπL2v3＝×0.2×1.29×3.14×102×103 W≈41 kW，故需要n＝≈8台这样的风力发电机，B正确。 $