《能量守恒定律》课件

3.能量守恒定律第三章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标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)思维导图课前篇自主预习必备知识一、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)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。(3)机械能守恒定律、热力学第一定律,实际上是能量守恒定律在力学、热力学领域的具体表达形式。二、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.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。自我检测1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。(

)答案

√(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。(

)答案

×解析

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)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(

)答案

√(4)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。(

)答案

√(5)第一类永动机不可能制成,是因为它违背了能量守恒定律。(

)答案

√2.(多选)下面设想符合能量守恒定律的是(

)A.利用永久磁铁间的作用力,造一台永远转动的机械B.做一条船,利用太阳的能量逆水行舟C.通过太阳照射飞机,使飞机不带燃料也能飞行D.利用核动力,使地球离开太阳系答案

BCD解析

利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能,但由于摩擦力的不可避免性,动能最终转化为内能使转动停止,故A不符合;可利用光能的可转化性和电能的可收集性,使光能转化为船的动能或飞机的动能,实现逆水行舟或飞机不带燃料飞行,故B、C符合;利用反冲理论,以核力为能源,使地球获得足够大的速度,挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系,故D符合。3.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。不计空气阻力,对于这一过程,下列说法中正确的是(

)A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B.子弹减少的动能等于木块增加的动能C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案

D解析

子弹射穿木块的过程中,由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小,木块获得动能,同时产生热量,且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失。A、B项没有考虑到系统增加的内能,C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能,正确答案为D。课堂篇探究学习探究一能量守恒定律情境探究(1)下图所示的永动机能实现吗?(2)热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?要点提示

(1)不能,违反了能量守恒定律和动量守恒定律。(2)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保持不变,它包括各个领域,范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律的具体体现。知识归纳1.能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能量: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。各种形式的能量,通过做功可以相互转化,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.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。特别提醒

(1)能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律,凡是遇到涉及能量的转化和转移问题时可优先考虑使用其解决。(2)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,制造永动机的企图是没有任何成功希望的。实例引导例1

如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,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,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,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,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答案

D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,所以D选项正确。规律方法

应用能量守恒定律解题的方法步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程:ΔE减=ΔE增。①某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量与增加量一定相等。②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定相等。(4)代入数据,计算结果。变式训练1如图所示,直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体(A、B两部分体积等大),A的密度小,B的密度大,加热气体,并取出隔板使两部分气体混合均匀,设此过程中气体吸热为Q,气体内能的增量为ΔU,则(

)A.ΔU=Q B.ΔU<QC.ΔU>Q D.无法比较答案

B解析

因A部分气体密度小,B部分气体密度大,以整体为研究对象,开始时,气体的重心在中线以下,混合均匀后,气体的重心在中线上,所以有重力做负功,使气体的重力势能增大,由能量守恒定律可知,吸收的热量Q有一部分转化为气体的重力势能,另一部分转化为内能。故B项正确。探究二永动机不可能制成情境探究有一种所谓“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,你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗?要点提示

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(指针动能)。知识归纳1.第一类永动机人们把设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机械叫作第一类永动机,第一类永动机是不可能制成的。2.第一类永动机失败的原因分析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。实例引导例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,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.违背了能量守恒定律答案

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。小球上升过程中,磁场力对小球做正功,使小球增加了机械能;但小球下落时,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AD。规律方法

永动机的要害并不完全地在于“永动”,而是在于试图以少量的起始能量,甚至零起始能量来创生出源源不断的、更多的能量来。这完全是违背能量守恒定律这一客观规律的,因而也是注定不可能制成的。变式训练2有人设计了如图所示的“浮力永动机”,永动机的传动绳上均匀地固定了许多密度小于水的小球,容器底部的管道内径与小球直径相等。设计者认为,左边容器里的小球受到浮力的作用向上运动,管道中的小球也将被带着向上运动,一旦这个小球要上升离开管道,其下的一个小球就会进入管道而不使水漏出,因此永动机将永不休止地顺时针转动。你认为该“浮力永动机”能否实现永动?为什么?答案

不能,理由见解析解析

由能量守恒定律可知永动机是不可能制成的。在此装置中容器最下部的球所受水的压力大,并大于容器中其他球所受的浮力之和,故无法自动向上运动。

1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法正确的是 (

)A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负【答案】C【解析】根据公式ΔU＝W＋Q中的符号法则知C正确．2．(多选)下列过程，可能发生的是 (

)A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加【答案】ABD【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，做功和热传递都可以改变物体的内能，故由此可确定A、B、D正确，C错误．3．一定量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，气体内能的增量ΔU是

(

)A．60J B．－60JC．－140J D．140J【答案】C【解析】由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，C正确．4．(多选)下列关于第一类永动机的说法，正确的是 (

)A．第一类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．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第