高中物理选择性必修三 3.3 能量守恒定律 同步学案

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3.3
能量守恒定律
一、自主学习
（一）能量守恒定律
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_______或_______的过程中，______________保持不变。
（二）永动机不可能制成
1.第一类永动机：人们设想中的不需要任何_______或_______，却能不断地对外_______的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因：违背了______________。
二、课堂探究
[情景设问]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?
（一）探索能量守恒的足迹
科学家们一直关注自然现象之间的普遍联系
[讨论]能量守恒观念是怎么形成的？
结论1：
①
俄国化学家________的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。这表明一个系统存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。
②
________的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。
③
德国医生________通过对比不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。
④
德国科学家________在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。
（二）能量守恒定律
[知识回顾]你还记得机械能守恒定律吗？
结论2：
能量守恒定律可以表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从________转化为________，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________。
（三）永动机不可能制成
[讨论]17?18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？
历史上一种永动机的设计
结论3：违背了能量守恒定律。
①
如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2②
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希望的。
[讨论]回顾开始时的问题饮水小鸭是永动机吗？
结论4：小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发________，导致头部温度________降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强________，液柱上升，小鸭重心________，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________，乙醚流回下玻璃球内，重心________，小鸭站立。如此循环往复。
三、典题精讲
【例题1】诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说：有一个事实，如果你愿意也可以说是一条定律，支配着至今所知的一切现象，这条定律就是（　　）
A．机械能守恒定律
B．牛顿第二定律
C．动能定理
D．能量守恒定律
【例题2】在炎热的夏天，某同学紧闭门窗，开动家用电冰箱并打开冰箱门，这样做的结果（　　）
A．室内温度会降低
B．室内温度会升高
C．室内温度不变
D．冰箱不会消耗电能
核心素养专练
1．崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、激光器、致冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源。事实上，这是不可能实现的，因为他的设计违反了（　　）
A．能量守恒定律
B．电荷守恒定律
C．机械能守恒定律
D．质量守恒定律
2．关于功和能，下列说法正确的是（　　）
A．功有正负，因此功是矢量
B．能量的单位是焦耳，功的单位是瓦特
C．能量可以转化与转移，但是总量不变
D．物体发生1
m位移的过程中，作用在物体上大小为1
N的力对物体做的功一定为1J
3．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面为空气，大气压恒定．A、B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中的水面比B中高，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（　　）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
4.“低碳世博”是2010年上海世博会的核心理念，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　）
A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源
B．自然界中石油、煤炭能源可供人类永续使用
C．在能源的利用过程中，能量的总量保持不变，但在可利用的品质上降低了
D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
5.下列有关说法正确的是（　　）
A．能量能从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体
B．既然能量守恒，所以不必担心会发生“能源危机”
C．在水平路面行驶的汽车，关闭油门后慢慢停下来，说明能量正在消失
D．做功越多，物体的能量就越大
6.生产、生活中使用的许多东西都可看作能量转换器，它们把能量从一种形式转化为另一种形式．下列电器或设备在工作过程中把电能大部分转化为动能的是（　　）
A．电冰箱
B．电风扇
C．发电机
D．汽油机
7.下列关于能量守恒说法不正确的是（　　）
A．导致能量守恒最后确立的两类重要事实是：确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化
B．自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因是在能源的可利用品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了
C．能量的耗散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
D．对能量守恒定律的建立工作最有成效的是牛顿、焦耳、亥姆霍兹等3位科学家
8．利用能源的过程实质上是（　　）
A．能量的消失过程
B．能量的创造过程
C．能量不守恒的过程
D．能量转化或转移并且耗散的过程
9.能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量____________。
10.有报道说：我国一家厂商制作了一种特殊的手机，在电池电能耗尽时，摇晃手机，即可产生电能维持通话，摇晃过程是将____________能转化为电能；如果将该手机摇晃一次，相当于将100g的重物举高20cm，每秒摇两次，则摇晃手机的平均功率为____________W．
参考答案
自主学习
转化
转移
能量的总量
动力
燃料
做功
能量守恒定律
课堂探究
结论1：盖斯
焦耳
迈尔
亥姆霍兹
结论2：一种形式
其他形式
保持不变
结论3：内能
外界能量
结论4：吸热
减小
上移
相等
下移
典题精讲
【例题1】D
【例题2】B
核心素养专练
1.A
2.C
3.D
4.C
5.A
6.B
7.D
8.D
9.保持不变
10.机械，0.4w
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