3.3 能量守恒定律 【知识精研】高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.3能量守恒定律问题与思考：

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？探寻能量守恒的足迹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。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能等。不同形式的运动都可以用能量来描述。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。但在科学史上人们真正以“能量”的观念来探索各种运动形式本质的过程却是非常曲折的。

1798年伦福德的实验表明热的本质是运动1820年奥斯特发现电流的磁效应1831年法拉第发现电磁感应现象法拉第1791.09-1867.081836年盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关1841年焦耳发现电流的热效应1842年迈尔表述了能量守恒定律1843年焦耳测定做功与传热的关系焦耳1818-18891847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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。2.意义：能量守恒定律是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一，它揭示了宇宙运行的内在一致性，限制了可能性的边界，同时也为科技创新提供了根本原则。从蒸汽机到量子计算机，其意义始终贯穿于人类探索和改造世界的过程中。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。

永动机不可能制成问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。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（图甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（图乙），重心下移，小鸭站立。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。思考与讨论：

早在公元1159年左右，印度一位名为婆什迦罗的数学大师，设计了一个轮子，轮子内有曲线凹槽装着水银。当轮子转动时，水银会流向每个凹槽的底部，这样轮子的一段永远比另一端重，这样的不平衡会让轮子不停地转动。这是永动机最早的设想之一。历史上的永动机历史上的永动机魔轮永动机13世纪法国人亨考尔设计了一个“魔轮”，通过安装在转轮上的一系列悬臂实现永动。再后来有人将水银换成了钢珠，将悬臂换成了摆锤，换成了扇叶，其实都是这个不平衡结构的变体。历史上的永动机磁力永动机软臂永动机磁铁版“魔轮”历史上的永动机永动机的思想违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，1775年法国科学院宣布“不再审查有关永动机的一切设计”。小结随堂训练【例题】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℃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/m21.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:D2.(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:AB3.2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，下列关于能量及其转化的说法正确的是(

)A.燃料燃烧时内能全部转化为机械能B.火箭加速升空的过程中机械能不变C.在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化D.能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量可以增加答案:C4.如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中(

)A.小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变B.因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变C.由于摩擦，小朋友的裤子温度升高，分子的平均动能增大D.由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，

但不是其中每一个分子的动能都增大答案:ACD5.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D6.(多选)如图，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CD7.冲击摆实验装置如图，一质量为m的子弹以v0射入质量为m0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，重力加速度为g)8.如图所示，一个小铁块沿半径为R=0