浙江专版2023-2024学年新教材高中物理第3章热力学定律3能量守恒定律课件新人教版选择性必修第三册

3能量守恒定律课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随堂训练素养•目标定位目标素养1.历经能量守恒探索足迹,体验能量守恒观念的形成。2.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。3.理解第一类永动机是不可能制成的。知识概览课前·基础认知一、探索能量守恒的足迹1.人类对能量的认识。(1)各种运动形式都有对应的能,机械运动有

机械能

,分子的热运动有

内能

,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能,通过做功可以

相互转化

。利用电炉取暖或烧水,电能转化为

内能

;煤燃烧,化学能转化为内能;列车刹车后,轮子温度升高,机械能转化为内能。

2.能量守恒观念的形成。很多科学家对能量守恒观念的形成,做出了重要贡献。(1)俄国化学家盖斯发现在化学反应中放出的热量与反应步骤无关。(2)英国物理学家焦耳精确地测量了做功与传热之间的等价关系。(3)德国医生迈尔表述了能量守恒定律。(4)德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。微训练1判断下图分别是哪几种能量之间的相互转化。答案:(1)风能转化为电能

(2)电能转化为内能

(3)光能转化为电能

(4)电能转化为光能二、

能量守恒定律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。2.意义。(1)各种形式的能可以相互转化。(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。微判断

(1)各种能量之间可以转移或转化,但能量总量保持不变。(

)(2)运动的物体在阻力作用下会停下来,说明机械能凭空消失了。(

)√×三、永动机不可能制成1.第一类永动机:不需要任何动力或燃料,却能不断地对外

做功

的机器。

2.第一类永动机不可能制成的原因:违背了

能量守恒

定律。

3.意义:正是前人在探索永动机过程中的失败才使后人的思考走上了正确的道路。微训练2第一类永动机不能制成的原因是(

)A.违反了热力学第一定律B.违反了机械能守恒定律C.违反了能量守恒定律D.以上说法都不对答案:C课堂·重难突破重难归纳1.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,必须是只有重力做功;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。对能量守恒定律的理解2.能量守恒定律的重要意义。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物,大到宇宙天体,小到原子核内部,只要有能量转化,就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术,这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量,如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用,都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。3.能量守恒的两种表达。(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。4.永动机不可能制成。(1)第一类永动机违背了能量守恒定律,所以不可能制成。(2)第一类永动机不可能制成的原因分析。如果没有外界热源供给热量,则有U2-U1=W,就是说,如果系统内能减少,即U2<U1,则W<0,系统对外做功是要以内能减少为代价的。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。有一种所谓“全自动”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来的?提示:这不是永动机。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,手表指针就会停止走动。典例剖析在焦耳实验中,质量为6kg的钩码下落2m的距离,重复实验25次,使一轮桨叶旋转起来以搅动0.6kg的水,若水的初始温度为15℃,问实验后水的温度升高到多少?答案:16.2℃解析:钩码下落25次,提供的能量为E=25mgh由Q=cmΔt=E可得,水升高的温度为故水的温度为t=t0+Δt=16.2

℃。规律总结利用能量守恒定律解题的方法

在应用能量守恒定律处理问题时,首先要弄清系统有多少种能量相互转化,分析哪种形式的能量增加了,哪种形式的能量减少了;或者弄清哪个物体的能量增加,哪个物体的能量减少,增加量等于减少量。学以致用某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率,制作了一直径为0.2m的0℃的冰球,在环境温度为0℃时,用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下放在太阳光中。经过40min后弹簧测力计示数减少了3.49N。请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率。冰的熔化热为3.35×105J/kg,g取9.8N/kg。答案:1.58×103W/m2解析:冰球熔化掉重力为3.49

N的过程中需要吸收的能量

此热量就是太阳在40

min内照射在直径为0.2

m的冰球上的热量,设太阳垂直照在单位面积上的辐射功率为P,随堂训练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答案:D解析:能量守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律,适用于一切能量和一切物理过程,故选项D正确,A、B、C错误。2.(多选)下列关于能量转化现象的说法正确的是(

)A.用太阳灶烧水是太阳能转化为内能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答案:AB解析:用太阳灶烧水是太阳能转化为内能,选项A正确;电灯发光是电能转化为光能,选项B正确;核电站发电是核能转化为电能,选项C错误;生石灰放入凉水中,水温升高是化学能转化为内能,选项D错误。3.下面几幅图中,有关功与内能的说法正确的是(

)A.图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明热传递可以使物体的温度升高B.图乙中重物下落带动叶片转动,由于叶片向水传递热量而使水的温度升高C.图丙中降落的重物使发电机发电,电流对水做功使水的温度升高D.做功和热传递都可以使物体的内能增加D解析:题图甲中迅速下压活塞,棉花会燃烧起来,说明做功可以改变物体的内能,使物体的温度升高,选项A错误;题图乙中重物下落带动叶片转动,由于叶片对水做功而使水的温度升高,选项B错误;题图丙中降落的重物使发电机发电,电流通过导体产生热量,向水传递热量使水的温度升高,选项C错误;做功和热传递都可以使物体的内能增加,选项D正确。4.(多选)如图所示,长木板A放在光滑的水平地面上,物体B以水平速度v0冲上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木板A上,则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中,下列说法正确的是(

)A.物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B.物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C.物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和D.摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量CD解析:物体B以水平速度冲上木板A后,由于摩擦力作用,B减速运动,木板A加速运动,根据能量守恒定律,物体B动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和,故选项A错误;根据动能定理,物体B克服摩擦力做的功等于物体B损失的动能,故选项B错误;由能量守恒定律可知,物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和,故选项C正确;摩擦力对物体B做的功等于物体B动能的减少量,摩擦力对木板A做的功等于木板A动能的增加量,由能量守恒定律,摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量,故选项D正确。5.如图所示,一太阳能集热箱里面封闭着一定质量的气体,集热板作为箱的活塞且正对着太阳,其面积为S。在时间t