3.3 能量守恒定律 课件-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕能量守恒定律展开，通过微思考情境（如汽车行驶能量转化）导入，衔接能量转化辨析、守恒定律理解、永动机认知及综合应用，以基础落实、例题解析构建阶梯式学习支架。 其亮点在于以物理观念和科学思维为核心，通过AI解读能量转化类型，结合玩具饮水鸟分析永动机误区，重难探究中热力学第一定律与能量守恒关系例题强化应用。采用情境分析与问题驱动教学，助力学生深化能量观念、提升科学推理能力，教师可高效落实教学目标。

第三章 3.能量守恒定律 学习目标 1.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律。(物理观念) 2.会用能量守恒定律分析解决有关问题。(科学思维) 3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、能量守恒定律 内容:能量既不会凭空　　　　,也不会凭空　　　　,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。  自然界的普遍规律 产生 消失 转化 转移 总量 【要点提示】 能量守恒定律是人们认识自然的重要工具。 二、永动机不可能制成 1.永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器。 2.永动机不可能制成的原因:违背了　　　　　　定律。  第一类永动机 能量守恒 3.意义:人类在探索自然规律的过程中必然有各种假设,虽然后来发现某些假设是错误的,但正是前人的　　　　才使后人的思考走上了正确的道路。  失败 【要点提示】 任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。 微思考·情境探究 情境汽车行驶时,燃油燃烧将化学能转化为内能,再转化为机械能,同时产生热量散失到空气中。 (1)散失的热量是否消失? (2)整个过程总能量是否守恒? 提示 (1)没有消失,只是转移。 (2)总能量守恒。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 多种形式能量的转化辨析 AI解读是本节基础认知要点,区分内能、机械能、化学能等能量的转化形式,明确能量不会凭空产生和消失。常用于生活中的热现象、机械做功等情境,实现从具象现象到能量转化规律的认知转化。 1.(多选)下列关于能量的转化与守恒的说法正确的是(　 　) 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个物体 B.能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化 C.一个物体能量增加了,必然伴随着别的物体能量减少 D.能量的转化与守恒证明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失 BCD　 解析 能量不仅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,例如传热,A错误。根据能量守恒定律可知,能量的形式多种多样,它们之间可以相互转化,一个物体能量增加了,必然伴随着别的物体能量减少;能量的转化与守恒证明了能量既不会凭空产生也不会凭空消失。B、C、D正确。 2.(多选)下列关于能量的说法正确的是(　　) A.地面上滚动的足球最终停下来,说明能量消失了 B.能量有不同的表现形式,并可以相互转化,但总能量不变 C.伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的 D.人类对太阳能的利用说明能量可以凭空产生 BC　 解析 根据能量守恒定律,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,而能量的总量保持不变,A、D错误,B正确;伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的,C正确。 基础转化点2 第一类永动机的认知判断 AI解读是本节特色考点,基于能量守恒定律判定第一类永动机不可能实现。可辨析各类永动机模型误区,夯实能量守恒的物理认知与应用逻辑。 3.(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是(　　) A.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 B.永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C.永动机不能制成的原因是技术问题 D.永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 AD 解析 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A、D正确,B、C错误。 4.玩具饮水鸟如图所示。在玩具饮水鸟的面前放上一杯水,用手把鸟嘴浸到水里,玩具饮水鸟“喝”了一口水后,又直立起来。之后,无需人的干预,玩具饮水鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水,然后又会直立起来。就这样周而复始,玩具饮水鸟不停地点头“喝”水,成为一台神奇的“永动机”。根据所学物理知识,试分析玩具饮水鸟上下运动的能量来源是　　　　　　　　　　。当玩具饮水鸟的嘴不能再“喝”到水后,玩具饮水鸟　　　　　(选填“能”或“不能”)上下运动。  周围环境的内能 不能 解析 玩具饮水鸟的结构如图所示,其大致原理是先在鸟嘴上滴一些水,水分蒸发吸热使得头部气压小于肚子的气压,从而使玻璃球中的部分液体被压入头部,使玩具饮水鸟的重心上移,变得不稳开始倾斜,倾斜的过程中玻璃管口脱离液面,从而使头部的液体又回流到肚子中,使玩具饮水鸟再回到开始时的竖直状态,而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水,之后玩具饮水鸟回到竖直状态后,鸟嘴的水分蒸发,重复刚才的过程。 综上所述,玩具饮水鸟上下运动的能量来源是周围环境 的内能,当玩具饮水鸟的嘴不能再“喝”到水后,由于不能 造成头部和玻璃球的压强差,玩具饮水鸟显然不能再上 下运动了。 5.(多选)下列关于能量转化现象的说法正确的是(　　) A.用太阳灶烧水是光能转化为内能 B.风车发电是风的动能转化为电能 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 AB 解析 C项中是核能转化为电能,D项中是化学能转化为内能,A、B正确。 基础转化点3 能量守恒定律的综合应用 AI解读是本节核心重点,贯穿所有热力学过程。遵循能量总量不变的核心原则,统一分析能量的转化与转移,是解决热学、综合能量问题的根本依据,适配各类能量计算情境。 6.(多选)一物体获得一定初速度后,沿着一粗糙斜面上滑,在上滑过程中,关于物体和斜面组成的系统,下列说法正确的是(　　) A.机械能守恒 B.总能量守恒 C.机械能和内能增加 D.机械能减少,内能增加 BD 解析 物体沿斜面上滑的过程中,有摩擦力对物体做负功,所以物体的机械能减少。由能量转化和守恒可知,内能增加,总能量不变,B、D正确。 7.一种冷暖两用型空调在制热时,每消耗1 J电能,放出约3 J的热量。下列说法正确的是(　　) A.空调制热过程产生了新能量 B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的 C.此过程违反了能量守恒定律 D.空调制热时放出的热量,一部分是由电能转化而来,另一部分则是从外界吸收而来 D 解析 该空调向室内放出的热量,一部分是通过电流做功,消耗电能转化而来,另一部分则是通过从外界吸收而来,因此并不违反能量守恒定律。故选D。 重难探究·能力素养全提升 命题角度 热力学第一定律与能量守恒定律的关系 1.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。 2.两定律之间的关系 热力学第一定律ΔU=Q+W中,传热的过程是能量的转移过程,一个系统转移出多少热量,另一个系统就收获多少热量,总和不变。做功的过程是机械能和内能的转化,外界对系统做了多少功,就消耗了多少机械能,同时系统也就增加了多少内能,能量是守恒的。总之,热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热学中的体现。 例题1如图所示,密闭绝热容器①内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着一定量的气体,下部为真空②,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,弹簧被压缩后用细绳拉紧③,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)。现细绳突然断开④,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止⑤,气体达到平衡态。经过此过程(　　) A.Ep全部转化为气体的内能 B.Ep一部分转化成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的 弹性势能 C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D.Ep一部分转化成活塞的重力势能,一部分转化为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能 D 解析 当细绳突然断开时,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=Ep'+活塞增加的重力势能+气体增加的内能。故选D。 【教你析题】 读取题干 获取信息 ① 气体与外界不发生热交换 ② 气体对活塞有向下的力 ③ 细绳对活塞有向下的拉力 ④ 细绳的拉力为零 ⑤ 活塞再次受力平衡 【教你破题】 例题2如图所示,一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置,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,现在在活塞上方加质量为15 kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40 cm。重力加速度g取10 m/s2,忽略大气压力及摩擦阻力的影响。求在这一过程中气体增加的内能。 答案 20 J 解析 由能量守恒定律可知,缸内气体内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量,即ΔU=ΔEp=(m+m物)gΔh=(5+15)×10×(50-40)×10-2 J=20 J。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 AD 1.(永动机)(多选)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力磁体,斜坡上端有一个小孔,斜面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,由于磁体的吸引,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,由于小铁球有速度可以对外做功,然后又被磁体吸引回上端,到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”,下列认识正确的是(　　) A.一定不可能实现 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,且小铁球质量较小,磁体磁性又较 强,则维尔金斯“永动机”可以实现 D.违背了能量守恒定律 1 2 3 解析 维尔金斯“永动机”不可能实现,因为它违背了能量守恒定律。小铁球上升过程中,磁场力对小铁球做正功,使小铁球增加了机械能;但小铁球下落时,同样也受到磁场力,而且磁场力做负功,这个负功与上升过程的正功相互抵消,可见,即使忽略摩擦,要想小铁球在Q处对外做功,也是没有能量来源的,所以维尔金斯“永动机”不可能实现。故选A、D。 1 2 3 D 2.(能量的转化)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10~20 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 1 2 3 解析 根据题意用大拇指压一下打火机上的按钮,压电陶瓷片就会产生10~20 kV的高压,形成火花放电,从而点燃可燃气体。转化前要消耗机械能,转化后得到了电能,所以为机械能转化为电能。故选D。 1 2 3 AB 3.(能量守恒定律)(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m 的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞均绝热且不漏气。开始时活塞被销钉固定,现将销钉拔掉,活塞最终静止在原位置下方距原位置h处,设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔE,不计气体重心改变的影响,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　) A.甲气室中气体体积减小,温度升高 B.ΔE>mgh C.ΔE<mgh D.ΔE=mgh 1 2 3 解析 在绝热过程中,甲气室中气体体积减小,外界对它做正功,内能增加,温度升高,故A正确。乙气室中气体体积增加,它对外界做功,内能减少;活塞下落,重力势能减少,设乙气室中气体对活塞做的功为W乙 ,由题可知W乙为正值,由能量守恒定律可得ΔE=mgh+W乙,故C、D错误,B正确。 $