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，以“小鸭玩具是否为永动机”问题导入，通过人类对能量形式、转化及研究成果的梳理，衔接能量守恒观念的形成历程，最终阐述定律内容、特例及永动机不可能制成的原因，构建完整知识支架。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，通过焦耳实验、迈尔贡献等历史案例展现科学推理与论证过程，典例分析强化能量观念应用，永动机问题培养遵循自然规律的责任意识。学生能深化对定律本质的理解，教师可借助清晰逻辑与实例提升教学效果。

第三章 热力学定律 第3节 能量守恒定律 小鸭在重力的作用下，顺着滑梯下滑，之后一只一只地“爬上楼梯”，再次顺滑梯而下…… 这种“小鸭”玩具是一架永动机吗？ 新课导入 能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。 内能 机械能 光能 一、人类对能量的认识 ⑴能量具有不同的形式 描述热运动的内能 描述机械运动的机械能 描述光辐射的光能 描述电现象的电能 不同形式的运动都可以用能量来描述 可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述 内能 机械能 光能 一、人类对能量的认识 ⑵各种形式的能量之间可以相互转化 机械能转化 电磁转化 热电转化 一、人类对能量的认识 在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。 ⑶能量转化的研究成果 机械能转化为内能 电场能转化为磁场能 内能转化为电能 磁场能转化为电能 一、人类对能量的认识 俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。这表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。 二、能量守恒观念的形成 二、能量守恒观念的形成 英国物理学家焦耳于1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学,从1840年开始，焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热的相互关系（热功当量）。这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。 焦耳在做热功当量实验 德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。 二、能量守恒观念的形成 盖斯 迈尔 焦耳 亥姆霍兹 化学反应放出的热量与反应步骤无关 功热等价 提出能量守恒的思想 概括和总结能量守恒定律 能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 二、能量守恒观念的形成 1、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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 例如： 自由落体运动： 势能→动能 摩擦生热： 机械能→内能 高温气体推动活塞做功： 内能→机械能 电流通过电阻丝： 电能→内能 电流通过白炽灯： 电能→内能→光能 燃料燃烧： 化学能→内能 三、能量守恒定律 2、能量守恒定律的特例 机械能守恒定律 能量守恒在机械能范围内的表现 热力学第一定律 能量守恒在热力学范围内的表现 三、能量守恒定律 闭合电路的欧姆定律 能量守恒在电学范围内的表现 楞次定律 能量守恒在电磁学范围内的表现 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。 3、能量是与质量相关联的一个物理量 4、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一（能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现），也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭。 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言。 三、能量守恒定律 17〜18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。图展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？ 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 四、永动机不可能制成 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！ 2、永动机给我们的启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。 1、第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。 结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了能量守恒定律。 3、热力学第一定律的另一种表达： 第一类永动机是不可能造成的。 四、永动机不可能制成 四、永动机不可能制成 【例题1】(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．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了 AB 典例分析 【例题2】在阳光的照射下太阳能小风扇快速转动。这说明(　 　) A．动能可以凭空产生 B．可以制造出不消耗能量的永动机 C．太阳能可以转化为其他形式的能 D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源 C 典例分析 【例题3】永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A. 不符合机械能守恒定律 B. 做功产生的热量不符合热功当量 C. 违背了热力学第一定律 D. 找不到合适的材料和合理的设计方案 C 典例分析 【例题4】下列有关能量的描述正确的是 (　　) A. “又要马儿跑得快,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B. 工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能,该过程能量不守恒 C. 滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来,动能消失,能量不守恒 D. 做自由落体运动的物体, 机械能减少 A 典例分析 【例题5】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。 典例分析 解: 取1g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 $