第3節(jié)能量守恒定律課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)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規(guī)律。2.能用能量守恒的觀點解釋自然現(xiàn)象，會用能量守恒的觀點分析、解決有關(guān)問題。3.知道什么是第一類永動機(jī)及其不可能制成的原因。1.物理觀念：理解能量守恒定律及永動機(jī)不可能制成。2.科學(xué)思維：體會能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程，培養(yǎng)歸納總結(jié)、分析推理能力。3.科學(xué)探究：通過了解能量守恒定律的探索過程，養(yǎng)成與他人合作探究的習(xí)慣，體驗科學(xué)家探究規(guī)律的艱辛。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家執(zhí)著探索的科學(xué)精神，實事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。自主學(xué)習(xí)·必備知識見學(xué)用158頁教材研習(xí)教材原句要點能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移①的過程中，能量的總量保持不變。自主思考①在熱力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，使熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能改變的方式有做功和熱傳遞兩種。做功的過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，熱傳遞是把其他物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)移為系統(tǒng)的內(nèi)能。在能量發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移時，能量的總量會減少嗎？答案：提示能量的總量不會減少。名師點睛能量守恒定律的理解（1）意義：各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化；各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起。（2）能量守恒的兩種表達(dá)：某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等；某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。互動探究·關(guān)鍵能力見學(xué)用158頁探究點一能量守恒定律情境探究1.某同學(xué)利用“能量守恒定律”研究汽車油耗與行駛里程的關(guān)系。已知一輛汽車正在平直的公路上以速度勻速行駛，此時功率為，汽車的總效率為η，所使用的汽油的熱值為（每完全燃燒單位質(zhì)量的燃料釋放的熱量叫熱值），現(xiàn)油箱中還有質(zhì)量為的汽油（設(shè)汽車的質(zhì)量為）。（1）從此時到汽油消耗完，汽車還能行駛多遠(yuǎn)？（2）從此時到汽車停下，行駛總距離為多少？答案：（1）提示設(shè)汽車勻速行駛，則汽車行駛需要的能量，解得。（2）設(shè)汽油用完后汽車做勻減速運(yùn)動的距離為，則由動能定理知，又，所以汽車行駛的總距離：。探究歸納    1.能量守恒定律的理解（1）各種運(yùn)動形式都有對應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。（2）各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤的燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（3）與某種運(yùn)動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的。例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。    2.能量守恒定律的意義（1）找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用能量規(guī)律聯(lián)系起來，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。（2）突破了人們關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性。能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問題的重要思維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見。（3）具有重大實踐意義，徹底粉碎了永動機(jī)的幻想。探究應(yīng)用例如圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計。置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為（彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零）?，F(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運(yùn)動，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過此過程(      )A.全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能B.一部分轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能C.全部轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D.一部分轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢能，一部分轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能答案：解析：當(dāng)繩子突然斷開時，活塞受彈簧的彈力、重力、封閉氣體對活塞向下的壓力共同作用，其合力方向向上，經(jīng)多次往復(fù)運(yùn)動后活塞靜止時，活塞處于三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對氣體做功，由于容器絕熱，氣體的內(nèi)能增加，而活塞最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢能增加，彈力與另外兩個力的合力平衡，彈簧仍有形變量。設(shè)最終彈簧的彈性勢能為，由能量守恒定律得活塞增加的重力勢能+氣體增加的內(nèi)能，所以項正確。解題感悟利用能量守恒定律解題的方法在應(yīng)用能量守恒定律處理問題時，首先要弄清系統(tǒng)有多少種能量相互轉(zhuǎn)化，分析哪種形式的能量增加了，哪種形式的能量減少了；或者弄清哪個物體的能量增加，哪個物體的能量減少，增加量等于減少量。遷移應(yīng)用1.（多選）下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說法中，正確的是(      )A.用太陽灶燒水是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C.核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案： ; 解析：核電站發(fā)電是核能轉(zhuǎn)化為電能，生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.如圖所示為沖擊擺實驗裝置，一質(zhì)量為的子彈以射入質(zhì)量為的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度，則整個過程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？（不計空氣阻力，重力加速度為）答案：解析：子彈和沙箱相互作用的過程中，損失的動能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能，由能量守恒定律得由于子彈和沙箱相互作用的時間極短，它們一起從最低點運(yùn)動到最高點，滿足機(jī)械能守恒定律，即解得探究點二永動機(jī)不可能制成情境探究1. 如圖展示了一個極具想象力的設(shè)想，其大意是：上面水池中的水流下來，沖擊葉輪轉(zhuǎn)動；葉輪帶動打磨輪和水泵的軸轉(zhuǎn)動；人利用打磨輪打磨工件，同時，運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一開始在上面水池中注滿水，就能通過水的上下循環(huán)，使機(jī)器不停地工作。（1）從上面水池中流下來的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？說明理由。（2）這個設(shè)想曾得到不少人的贊許，并把這個裝置譽(yù)為“永動機(jī)”。請運(yùn)用你掌握的知識，說明這個裝置是否真能“永動”。答案：（1）提示不能，因為高處水池中水的重力勢能，只有部分轉(zhuǎn)化為葉輪的動能；而葉輪的動能部分用來打磨工件及克服摩擦力做功，不會全部供給水泵用來抽水。（2）不能，由于水從上面流到下面水池的過程中，用來打磨工件消耗能量，故流下來的水不能全部被抽送到上面水池中，隨著時間的推移，上面的水越來越少，一定時間后便不再有水從上面流下來，所以這個裝置不能“永動”。探究歸納1.永動機(jī)失敗的原因分析答案：如果沒有外界熱源供給熱量，則有，就是說，永動機(jī)對外做功，則，那么一定有，即系統(tǒng)內(nèi)能減少，所以系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的。若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的。2.永動機(jī)給我們的啟示答案：人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律，永動機(jī)失敗為能量守恒定律的建立從反面提供了證據(jù)。探究應(yīng)用例（2021遼寧遼河油田第二中學(xué)高二期中）大約在1670年，英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計了一種磁力“永動機(jī)”。如圖所示，在斜面頂上放一塊強(qiáng)力的磁鐵，斜面上端有一個小孔，斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認(rèn)為：如果在斜坡底端放一個小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會向上運(yùn)動，當(dāng)小球運(yùn)動到小孔處時，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端，由于有速度而可以對外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到小孔處又掉下。在以后的二百多年里，維爾金斯的永動機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過多次，其中一次是在1878年，即在能量守恒定律確定20年后，竟在德國取得了專利權(quán)。關(guān)于維爾金斯“永動機(jī)”，正確的認(rèn)識應(yīng)該是(      ) A.符合理論規(guī)律，一定可以實現(xiàn)，只是實現(xiàn)時間早晚的問題B.如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動機(jī)”一定可以實現(xiàn)C.如果忽略斜面的摩擦，鐵球質(zhì)量較小，磁鐵磁性又較強(qiáng)，則維爾金斯“永動機(jī)”可以實現(xiàn)D.違背能量守恒定律，不可能實現(xiàn)答案：解析：該思想違背了能量守恒定律，所以該“永動機(jī)”不可能實現(xiàn)。遷移應(yīng)用1.有人設(shè)計了如圖所示的“浮力永動機(jī)”，永動機(jī)的傳動繩上均勻地固定了許多密度小于水的小球，容器底部的管道內(nèi)徑與小球直徑相等。設(shè)計者認(rèn)為，左邊容器里的小球受到浮力的作用向上運(yùn)動，管道中的小球也將被帶著向上運(yùn)動，一旦這個小球要上升離開管道，下一個小球就會進(jìn)入管道而不使水漏出，因此永動機(jī)將永不休止地順時針轉(zhuǎn)動。你認(rèn)為該“浮力永動機(jī)”能否實現(xiàn)永動?為什么?答案：不能，由能量守恒定律可知永動機(jī)是不可能制成的。

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