3.3 能量守恒定律（学案）——2022-2023学年高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章 热力学定律
第3节 能量守恒定律
学习目标
1.掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义，会用能量守恒的观点分析物理现象。
2.了解第一类永动机不可能制成的原因。
重点难点
重点
1.学会用能量转化和守恒的观点分析物理现象。
2.综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题。
难点
如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象，如何综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题。
自主探究
1.能量守恒定律的表述：能量既不会 ，也不会 ，它只能从一种形式 另一种形式，或者从一个物体 别的物体，在 的过程中，能量的 保持不变。
2.能量守恒定律的意义：
(1)各种形式的能可以 。
(2)各种互不相关的物理现象可以用 联系在一起。
3.第一类永动机是指不需要 ，却能不断地对外做功的机器。它不可能制成的原因是违背了 。正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。
答案
1.凭空产生；凭空消失；转化为；转移到；转化或转移；总量
2.(1)相互转化 (2)能量守恒定律
3.任何动力或燃料；能量守恒定律
预习检测
1.判断正误。
(1)各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变。
(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。
(3)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能量守恒定律。
(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(
(5)自由摆动的秋千的摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
2.第一类永动机不能制成的原因是
A.违反了热力学第一定律
B.违反了机械能守恒定律
C.违反了能量守恒定律
D.以上说法都不对
答案
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)√ 2.C
探究思考
【探究一】能量守恒定律
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。例如，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；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。
2.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。
【探究二】永动机不可能制成
1.第一类永动机不可能制成的原因分析
如果没有外界供给热量而对外做功，由△U=W+Q可知，系统内能将减小。若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。
2.热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
知识梳理
1.能量守恒定律
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.能量守恒定律的意义
(1)能量守恒定律与生物进化论、细胞学说被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
(2)能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。
(3)自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”是不可能制成的。
(4)机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例
随堂训练
1.关于能量和能源，下列说法中正确的是( )
A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
2.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内能增量为，则( )
A. B. C. D.无法比较
3.下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展,永动机是可以制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既让马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的
D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生
4.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱正常工作,过一段时间房间内的温度将( )
A.降低 B.升高 C.不变 D.无法确定
答案以及解析
1.答案：D
解析：能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，故选项A、B错误；虽然能量在转化和转移过程中总量保持不变，但品质会下降，能源会逐步减少，故必须节约能源。
2.答案：B
解析：因为A的密度小，B的密度大，两部分气体混合均匀后整体的重心升高，重力势能增加，吸收的热量一部分用来增加气体内能，一部分用来增加系统的重力势能，根据能量守恒定律可知，故选项B正确。
3.答案：C
解析：永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以对外做大量的功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓的永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量的转化和守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错。太阳辐射到宇宙空间的能量没有消失，而是转化成了别的能量，B错,马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C对。所谓的“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错。
4.答案：B
解析：冰箱消耗电能使冰箱内外发生热量交换而达到内部制冷,把冰箱与房间看做一个系统,打开冰箱门后,冰箱与房间内的热交换发生在系统内,不引起总能量的变化,但系统消耗电能增加了系统的总能量,根据能量的转化与守恒定律知,冰箱正常工作时,增加的系统能量转化为内能使房间的温度升高。故选项B正确,ACD错误。
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