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

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·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·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。

情境链接有一种所谓的“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,你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗?提示

不是永动机。手表戴在手上,手运动的能量一部分转化为手表的能量。提示

人类利用和改造自然时,必须遵循自然规律,永动机的失败促成了能量守恒定律的建立。教材拓展阅读教材第57页“思考与讨论”,想一想所有关于永动机的设计都失败了,这给我们什么样的启示?易错辨析(1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。(

)(2)能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的。(

)(3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(

)(4)“第一类永动机”不能制成是技术还不够成熟。(

)√×√×重难探究·能力素养全提升探究点一能量守恒定律导学探究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。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。能量具有不同的形式,你知道有哪些形式的能量吗?提示

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。

知识归纳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量:描述机械运动的机械能,描述分子热运动的内能,还有诸如电磁能、化学能、原子能等。(2)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。(3)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。2.守恒条件与某种运动形式对应的能量是否守恒是有条件的,例如:物体的机械能守恒,必须是只有重力或系统内弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵循的基本规律。3.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。特别提示

能量守恒定律是自然界最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一,它与细胞学说、进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。4.热力学第一定律与能量守恒定律的关系热力学第一定律ΔU=Q+W中,热传递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。典例剖析D【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,气体达到平衡状态。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解析

当绳子突然断开时,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绳对活塞有向下的拉力④绳的拉力为零⑤活塞再次受力平衡教你破题

获取题干关键信息

解题关键:活塞最终静止位置的判断是解题关键,可利用假设法,结合活塞受力平衡、理想气体状态方程和热力学第一定律进行推理分析能量转化分析:弹簧的弹性势能减小,重力势能增加,内能增加对点演练答案

20J解析

由能量守恒定律可知,内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少,ΔU=ΔE=(m+m物)gΔh=(5+15)×10×(50-40)×10-2

J=20

J。1.(2025浙江湖州高二月考)如图所示,一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置,绝热活塞的质量为5kg,处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm,现在在活塞上方加质量为15kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40cm。g取10m/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。探究点二永动机不可能制成导学探究17世纪,英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人,他做了一台可以转动的“永动机”,转轮直径达4.3m,有40个各重23kg的钢球沿转轮辐翼外侧运动,使力矩加大,待转到高处时,钢球会自动地滚向中心。据说,他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴,就特赦了他。你觉得这台机器能持续运动下去吗?提示

不能,其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。

知识归纳第一类永动机失败的原因如果没有外界供给能量,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。特别提示

层出不穷的永动机设计方案,由于违背了能量守恒定律,无一例外地宣布失败,人类制造永动机的企图是没有任何成功的希望的。典例剖析【例题2】

(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”,正确的认识应该是(

)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AD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。2.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。

对点演练内能

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空气的内能,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。学以致用·随堂检测全达标1231.(永动机的理解)第一类永动机是不可能制成的,这是因为它(

)A.不符合能量守恒定律B.做功产生的热量太少C.由于有摩擦、热损失等因素的存在D.找不到合适的材料和合理的设计方案A1232.(能量守恒定律的理解)(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AB123AB3.(能量守恒定律