3.3 能量守恒定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦能量守恒定律及永动机不可能制成，通过“饮水小鸭”玩具循环运动现象设问导入，衔接热力学定律前序知识，以任务驱动阅读（问题链）、科学史时间线为支架，引导学生构建能量观念。 其亮点是以“饮水小鸭”揭秘永动机为探究主线，结合科学史梳理（伦福德实验到亥姆霍兹理论）培养科学态度，通过生活实例练习（蹦极能量转化、压电效应）强化科学思维。助力学生深化能量观念，教师可高效实施探究式教学。

第3节 能量守恒定律 第三章、热力学定律 人教版 选择性必修第三册 问题？ 让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复...... 这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？ 引入新课 学习目标 1 课标内容要求 3.2.2理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象，体会能量守恒定律是最基础、最普遍的自然规律之一。 理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律，知道第一类永动机是不可能实现的。 【任务一】阅读教材第54-56页，完成提示问题： 问题1：所有自然现象都涉及能量，自然界存在哪些形式的能量？ 问题2：各种能量之间是否可以相互转化？ 问题3：能量守恒观念的形成过程 1836年 盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关 1842年 迈尔表述了能量守恒定律 1841年 焦耳发现电流的热效应 1831年 法拉第发现电磁感应现象 1820年 奥斯特发现电流的磁效应 1843年 焦耳测定做功与传热的关系 1798年 伦福德的实验表明热的本质是运动 1821年 塞贝克发现温差电现象 1847年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律 能量守恒定律 永动机 能量守恒定律 内容： 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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 说明： ①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。 ②不同形式的能量之间可以相互转化。 ③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 ④机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。 【任务一】阅读教材第56页，完成提示问题： 能量守恒定律 永动机 ①热力学领域：ΔU=Q+W 热传递：能量的转移 做功：机械能和内能的转化 热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热学中的体现 ②在力学中：机械能守恒定律 ③在电学中：闭合电路欧姆定律 ④在电磁学中：楞次定律 能量守恒定律的具体体现 能量守恒定律 永动机 思考1：揭秘小鸭饮水 让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复...... 这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？ 【任务二】阅读教材第57页，完成提示问题： 能量守恒定律 永动机 力学中：机械能守恒定律 电学中：闭合电路欧姆定律 电磁感应中：楞次定律 热学中：热力学第一定律 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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 1、能量守恒是自然界的普遍规律 能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在20世纪30年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。 2、能量是与质量相关联的一个物理量 二、能量守恒定律 如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 “问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。 小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。 1、饮水小鸭的构造 2、饮水小鸭的工作原理 ⑵小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。头部被浸湿； ⑴外力使小鸭处于倾倒位置后立即撤去外力 ①头部被浸湿； ②上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。 三、永动机不可能制成 1.永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。 （人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机） 2.历史上的永动机： 螺旋永动机 达·芬奇 滚球永动机 马尔基斯 软臂永动机 19世纪设计 三、永动机不可能制成 螺旋永动机 弗拉德 磁力永动机 泰斯尼尔斯 任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！ 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 1．“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．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料 B 课堂练习 2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　） A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 B 课堂练习 3．某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约5s时突然往上反弹，反复持续4-5次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　） A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变 B．减少的机械能转化为其他形式的能， 转化过程中能的总量减少了 C．减少的机械能转化为其他形式的能， 转化过程中能的总量是守恒的 D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加 C 课堂练习 4．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10KV-20KV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 D 课堂练习 5．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．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械（第一类永动机）不可能制成 D．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 ABC 课堂练习 6、在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水蒸气，其体积由1.043 cm3变为1676 cm3。在物理学中，单位质量的物质在一定温度下从液态变成气态时，所吸收的热量叫作汽化热。已知水的汽化热为2263.8 J/g。一个标准大气压p＝1.013×105 Pa。求1 g水在沸腾汽化的过程中： (1)体积膨胀时对外界做的功W； (2)吸收的热量Q； (3)增加的内能ΔU。 课堂练习 解析　取1 g水为研究系统，把大气视为外界。 (1)等压(大气压)膨胀时对外界做的功： W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1676－1.043)×10－6 J≈169.7 J。 (2)吸收的热量：Q＝mL＝1×2263.8 J＝2263.8 J。 (3)根据热力学第一定律，增加的内能： ΔU＝Q＋(－W)＝2263.8 J＋(－169.7 J)＝2094.1 J。 $