2022年高中物理同步讲义(选修性必修3)第12讲-能量守恒定律(原卷版)

第12讲能量守恒定律目标导航目标导航课程标准课标解读1.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。3.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。1.理解并会运用能量守恒定律。2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。知识精讲知识精讲知识点能量守恒定律1．探索能量守恒的足迹2．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。3．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)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。【知识拓展】1．能量的存在形式及相互转化(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，还有电磁能、化学能、核能等；(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如：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。3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小。若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。【即学即练1】如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以速度射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？（不计空气阻力）【即学即练2】在高的光滑水平桌面上放着一个质量的木块，一颗质量的铅弹从水平方向射中木块，把木块打落在地面上，落地点与桌边的水平距离。铅弹射中木块后留在木块内，铅的比热容J/（kg·℃），。设增加的内能有使铅弹温度升高，铅弹的温度升高多少摄氏度？能力拓展能力拓展考法能量守恒定律【典例1】地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射照度都是不相同的。下表给出了热带、温带和比较寒冷地带的太阳平均辐射照度。若在上海地区安装一台太阳能热水器。已知其采光面积为、热转换效率为40%，水的比热容为J/（kg·℃）。试求：（1）此太阳能热水器每天能吸收多少焦的太阳能？（2）设热水器中水的温度升高20℃，则该热水器平均每天能提供多少热水？地区太阳平均辐射照度热带、沙漠5～6温带3～5阳光较少地区（北欧）2～3分层提分分层提分题组A基础过关练1．在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化（）A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定2．下列说法中正确的是（）A．自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的B．电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置C．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的D．能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少3．下列说法中错误的是（）A．能的转化和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．能的转化和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4．“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．它违背了能的转化和守恒定律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5．有关能量的转化和守恒定律，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，字宇宙中的能量总和不变6．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量不守恒D．能量耗散是从能量转化的角度,反映出自然界中的宏观过程具有方向性7．下列说法中正确的是（）A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的D．随着科技的发展，永动机是可以制成的8．下列关于热学的知识叙述正确的是（）A．分子间的作用力表现为引力时，若分子间的距离增大，则分子力减小，分子势能增大B．对于一定种类的大量气体分子，在一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的C．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化D．气体的状态变化时，若温度升高，则每个气体分子的平均动能增加9．以下说法正确的是（）A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生10．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有力的磁铁，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，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔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。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。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．违背能量转化和守恒定律，不可能实现题组B能力提升练1．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．太阳可以是供无穷无尽的能量，不需要节约能源2．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为，发电过程中上下水库平均水位差为。则下列说法正确的是（）A．若每天发电，则能源利用效率约为35%B．发电时下水库出水口的水流速度可达到C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为）约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C．冰雹的内能增大D．冰雹的机械能不守恒4．如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞（质量为）与容器用良好的隔热材料制成。活塞横截面积为，大气压为，另有质量为的物体从活塞上方的点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点而静止，在这一过程中，容器内空气内能的改变量，外界对容器内空气所做的功与物体及活塞的重力势能的变化量的关系是（）A．B．，C．，D．，5．下面几幅图中，有关功与内能的说法中正确的是()A．图1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2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3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6．如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门（如图甲），落潮时，开闸放水发电（如图乙）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ海水＝1.0×103kg/m3，g取10m/s2）（）A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW7．如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，大气压对水做功为______，水的内能______（选填“增加”、“减小”或“不变”）。8．容器A、B的底部用一带有阀门的细管相连，阀门关闭时A中水面较高打开阀门使水较慢流动，最终A、B中的水面相平，则在此过程中，大气压力对水所做的功W_______0，水的内能的增加量_______0（选填“>”、“=”、“<”）.题组C培优拔尖练1．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，a→b、b→c、c→d、d→a这四段过程在p—T图上都是直线段，其中的延长线通过坐标原点O，垂直于，而平行于，由图可以判断（）A．a→b过程中气体对外做功B．b→c过程中外界对气体做功C．c→d过程中气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功D．d→a过程中气体体积不断减小2．一定质量的理想气体的图像中的等温变化图线如图所示，A、B是双曲线上的两点。下列说法正确的是（）A．图中△OAC和△OBD的面积一定相等B．气体在状态A的内能一定大于在状态B的内能C．气体从状态A到状态B的过程，一定向外界放出热量D．气体从状态A到状态B的过程，单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数减少3．如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（）A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加B．左右两边气体温度都升高C．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量4．构建节约型社会体现在生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例：将电动车的前轮装上发电机，发电机与蓄电池连接，当电动车滑行时，就可以向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。现有某人骑车以的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭充电装置，让车自由滑行，其动能随位移的变化关系如图线①所示，第二次启动充电装置，其动能随位移的变化关系如图线②所示，则（）A．电动车受到的摩擦阻力为B．电动车受到的摩擦阻力为C．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是D．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是5．如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。回答下列问题(1)若将活塞P缓慢地向外拉动，则甲、乙的内能如何改变？(2)若隔板B绝热但可以自由移动，当活塞P缓慢地向B移动时，甲、乙的内能如何变化？

6．从高处由静止开始下落的水滴到达地面时的速度为，若在下落过程中，损失的机械能80%转化为水的内能使水温升高，求此过程中水温升高值。（已知水的比热容J/（kg·℃），，水吸收的热量用表