1、第3节能量守恒定律课标解读课标要求素养要求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。2.能用能量守恒的观点解释自然现象，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。1.物理观念：理解能量守恒定律及永动机不可能制成。2.科学思维：体会能量守恒定律的发现历程，培养归纳总结、分析推理能力。3.科学探究：通过了解能量守恒定律的探索过程，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛。4.科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。自主学习必备知识见学用158页教材研习教材原句要点能量守恒定律
2、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。自主思考在热力学领域内，使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递两种。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？答案：提示能量的总量不会减少。名师点睛能量守恒定律的理解（1）意义：各种形式的能可以相互转化；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。（2）能量守恒的两种表达：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；某个物体的能量减少，一
3、定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。互动探究关键能力见学用158页探究点一能量守恒定律情境探究1.某同学利用“能量守恒定律”研究汽车油耗与行驶里程的关系。已知一辆汽车正在平直的公路上以速度v匀速行驶，此时功率为P，汽车的总效率为，所使用的汽油的热值为q（每完全燃烧单位质量的燃料释放的热量叫热值），现油箱中还有质量为m的汽油（设汽车的质量为M）。（1）从此时到汽油消耗完，汽车还能行驶多远？（2）从此时到汽车停下，行驶总距离为多少？答案：（1）提示设汽车匀速行驶x1，则汽车行驶x1需要的能量E=Pt=Px1v=qm，解得x1=mqvP。（2）设汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为x2
4、，则由动能定理知-Ffx2=-12Mv2，又P=Ffv，所以汽车行驶的总距离：x=x1+x2=mqvP+Mv32P。探究归纳 1.能量守恒定律的理解（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、原子能等。（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；煤的燃烧，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。（3）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，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵守的基
5、本规律。 2.能量守恒定律的意义（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。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。（3）具有重大实践意义，彻底粉碎了永动机的幻想。探究应用例如图所示，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
6、于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，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、重力G、封闭气体对活塞向下的压力F共同作用，其合力方向向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于三力平衡状态，气
7、体体积必减小，外力对气体做功，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，弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变量。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项正确。解题感悟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。迁移应用1.（多选）下列关于能量转化现象的说法中，正确的是( )A.用太阳灶烧水是光能转化为内能B.电灯发光是电能转化为光能C
8、.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：A ; B解析：核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能。2.如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0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，重力加速度为g）答案：12mv02-(M+m)gh解析：子弹和沙箱相互作用的过程中，损失的动能转化为系统内能，由能量守恒定律得U=12mv02-12(M+m)v2由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点运动到最高点，满足机
9、械能守恒定律，即12(M+m)v2=(M+m)gh解得U=12mv02-(M+m)gh探究点二永动机不可能制成情境探究1. 如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。（1）从上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？说明理由。（2）这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”。答案：（1）提示不能，因为高处水池中水
10、的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功，不会全部供给水泵用来抽水。（2）不能，由于水从上面流到下面水池的过程中，用来打磨工件消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面水池中，随着时间的推移，上面的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能“永动”。探究归纳1.永动机失败的原因分析答案：如果没有外界热源供给热量，则有U2-U1=W，就是说，永动机对外做功，则W0，那么一定有U2U1，即系统内能减少，所以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。2.永动机
11、给我们的启示答案：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律，永动机失败为能量守恒定律的建立从反面提供了证据。探究应用例（2021辽宁辽河油田第二中学高二期中）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，在斜面顶上放一块强力的磁铁，斜面上端有一个小孔，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
12、面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量守恒定律确定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.违背能量守恒定律，不可能实现答案：D解析：该思想违背了能量守恒定律，所以该“永动机”不可能实现。迁移应用1.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，下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，由能量守恒定律可知永动机是不可能制成的。
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