3.3 能量守恒定律 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

3.3 能量守恒定律
一、探索能量守恒的足迹
1、人类对能量的认识：自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。例如：
机械运动—— 能 热运动—— 能 电荷运动—— 能 生物运动—— 能 化学运动—— 能 原子核内部的运动—— 能
不同形式的能量之间可以相互转化。例如：
自由落体运动： 能→ 能
摩擦生热： 能→ 能
电流通过电阻丝： 能→ 能
热机中的气体推动活塞做功： 能→ 能
燃料燃烧： 能→ 能
电流通过白炽灯：电能→ 能→ 能
电流的磁效应现象： 能→ 能
电磁感应现象： 能→ 能
3、自然界中各种形式的能量在转化过程中总的能量是守恒的。
二、能量守恒定律
1、内容：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_______另一个物体，在______或_____的过程中，能量的总量__________。
2．能量守恒定律的意义：
（1）能量守恒定律同 、 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，是自然科学最普遍、和谐、可靠的规律之一。
（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”只能以失败而告终。
（4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
三、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______________。
3.永动机给我们的启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
基础小题试练
1.我国水下敷缆机器人如图所示，具有“搜寻—挖沟—敷埋”一体化作业能力。可将机器人看成质点的是( )
A.操控机器人进行挖沟作业 B.监测机器人搜寻时的转弯姿态
C.定位机器人在敷埋线路上的位置 D.测试机器人敷埋作业时的机械臂动作
2.健身球是一种新兴、有趣的体育健身器材。如图所示，健身者正在挤压健身球，健身球内的气体视为理想气体且在挤压过程中温度不变，下列说法正确的是( )
A.健身球内的气体向外界释放热量
B.健身球内的气体对外界做正功
C.健身球内的气体内能变大
D.健身球内的气体单位时间、单位面积撞击球壁的分子数不变
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其他能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又要马儿不吃草”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.将一只压瘪的乒乓球放到热水中，发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中，关于乒乓球内被封闭的气体，下列说法正确的是( )
A.气体分子的平均动能不变 B.所有分子的运动速度都变大
C.气体吸收的热量大于其对外做的功 D.气体吸收的热量等于其增加的内能
5.如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法错误的是( )
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.气体在自发扩散过程中，气体对外界不做功
D.气体在被压缩的过程中，气体对外界做功
答案以及解析
1.答案：C
解析：将机器人看成质点，就要忽略机器人具体的姿态和动作，故选C。
2.答案：A
解析：B.健身者正在挤压健身球，即外界对气体做正功，故B错误；
C.健身球内的气体视为理想气体，其内能只有分子动能，则内能由温度决定，而温度不变，则健身球内的气体内能不变，故C错误；
A.因外界对气体做正功
气体内能不变
根据热力学第一定律
可得
即气体向外界释放热量，故A正确；
D.气体的温度不变，即所有分子的平均速率不变，而体积变小，则单位体积的分子数变多，由压强的决定式
可知压强变大，则健身球内的气体单位时间，单位面积撞击球壁的分子数变多，故D错误。
故选A。
3.答案：C
解析：由能量守恒定律和能量的转移和转化具有方向性，可知永动机不可能制成，A错误；能量不可能凭空消失，B错误；能量也不可能凭空产生，C正确，D错误。
4.答案：C
解析：A.乒乓球恢复原状的过程中，球内被封闭的气体温度升高，气体分子的平均动能增大，选项A错误；
B.根据气体分子速率分布的特点可知，温度升高时，气体分子的平均速率将增大，并不是所有分子的运动速率都变大，选项B错误；
CD.乒乓球恢复原状的过程中，气体温度升高，内能增加，同时对外做功，根据热力学第一定律
可知，气体吸收热量，且气体吸收的热量大于其对外做的功，大于其增加的内能，选项C正确，D错误。
故选C。
5.答案：D
解析：抽开隔板时，由于右方是真空，气体自由扩散，气体没有对外做功，又没有热传递，则根据可知，气体的内能不变，A、C正确，不符合题意；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，又没有热传递，根据可知，气体内能增大，B正确，不符合题意，D错误，符合题意.故选D.