人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第3章 第3节　能量守恒定律课件27 张PPT

第3节　能量守恒定律
核心
素养
物理观念
科学思维
1.了解能量守恒定律的探究过程。
2.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
3.知道第一类永动机是不可能制成的。
体会能量守恒定律的建立过程及重要意义。
知识点一　探究能量守恒的足迹
1.1798年英国科学家________提出了________的运动说。
2.1820年丹麦物理学家________发现电流的________。
3.1821年德国物理学家________发现________现象。
4.1831年英国物理学家________发现__________现象。
5.1836年俄国物理学家______发现化学反应放出的热量与反应步骤无关。
伦福德
热本质
奥斯特
磁效应
塞贝克
温差电
法拉第
电磁感应
盖斯
6.1841年______发现电流的________。
7.1842年德国医生______表述了______________。
8.1843年英国物理学家______测定____________的关系。
9.1847年德国科学家__________在理论上概括总结______________。
焦耳
热效应
迈尔
能量守恒定律
焦耳
做功与传热
亥母霍兹
能量守恒定律
知识点二　能量守恒定律　永动机不可能制成
1.能量守恒定律
能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量__________。
2.能量守恒定律的意义
(1)各种形式的能可以__________。
(2)各种物理现象可以用______________联系在一起。
产生
消失
转化
转移
保持不变
相互转化
能量守恒定律
3.永动机不可能制成
(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗______的机器称为第一类永动机。
(2)第一类永动机由于违背了______________，所以不可能制成。
能量
能量守恒定律
[思考判断]
(1)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。( )
(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。( )
(3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。( )
√
×
√
[要点归纳]
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：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见，在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
各种形式的能可以相互转化，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。
核心要点
对能量守恒定律的理解
2.能量守恒定律是没有条件的
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，必须是在只有重力做功或系统内弹簧弹力做功的情况下；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。
3.能量守恒定律的两种表述
(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。
4.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定量规律联系起来，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想。能量守恒定律与细胞学说、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中的三大发现，其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了人类对制成第一类永动机的幻想。
[试题案例]
[例1] (多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(　　)
A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
解析　A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在不同的物体间发生转化或转移，转化或转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。所以A、B、C正确；D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，转化成其他形式能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误。
答案　ABC
方法总结　能量守恒定律的应用方法
利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解。
[针对训练1] (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，制造一台永远转动的机械
B.做一条船，利用其它能量使它能逆水行驶
C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行
D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系
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错误；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C正确；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D正确。
答案　BCD
[例2] 有一个10 m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2 m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2]
水吸收的热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt
由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以
代入数据得：Δt＝2.4×10－3 ℃
答案　2.4×10－3 ℃
温馨提示　求解这类习题，需要搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关系，由能量守恒定律来列方程求解。
[针对训练2] 如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽出隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热为Q，气体内能增量为ΔU，则(　　)
A.ΔU＝Q B.ΔUC.ΔU>Q D.无法比较
解析　A、B两部分气体密度不同，混合后其重力势能将发生变化，刚开始时A、B气体的合重心在中线下方，均匀混合后重心在中线上，重心上升了，所以气体的重力势能增加了，由能量守恒定律知，吸收的热量一部分增加气体的内能，一部分增加重力势能，即Q＝ΔU＋ΔEp，所以Q>ΔU，故B正确。
答案　B
[观察探究]
如图所示是历史上有名的一种永动机的设计。从图上看，设计者为什么认为这个机器会永远运动下去？不用能量的概念，你能不能说明它不会永远运动下去？
核心要点
永动机不可能制成
答案　这种永动机是在一个轮子的边缘等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球。无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些。设想，右边更大的作用特别是右边甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，根据杠杆平衡原理可知，就会使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少转到轮轴磨坏时为止。但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来。在这种永动机的设计中，我们总可以找到一个平衡位置，在这个位置上，各个力恰好相互抵消，不再有任何推动力使它运动，永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，成为不动机。
[探究归纳]
1.永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的一种机器，永动机是不可能制成的。
2.人类通过对大量的实践经验进行总结得知，要获得一种能量，一定需要利用另一种能量通过做功的方式进行转化，能量不能被产生。即不可能设计、创造出一种不消耗任何能量而能源源不断地对外做功的永动机。
3.永动机失败的原因分析：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U2[试题案例]
[例3] 有一种“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？并说明理由。
解析　这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。
答案　见解析
[针对训练3] 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(　　)
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析　形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转化为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D项正确。
答案　D