第3節(jié) 能量守恒定律
一、新課標(biāo)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(diǎn)解釋自然現(xiàn)象，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解決有關(guān)問題。3.知道什么是第一類永動(dòng)機(jī)及其不可能制成的原因。
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念：理解能量守恒定律及永動(dòng)機(jī)不可能制成
2.科學(xué)思維：體會(huì)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(yàn)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(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn) 能量守恒定律
能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)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(shí)，能量的總量會(huì)減少嗎？
答案：提示能量的總量不會(huì)減少。
四、名師點(diǎn)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(gè)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。
五、互動(dòng)探究·
探究點(diǎn)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v勻速行駛，此時(shí)功率為P，汽車的總效率為η，所使用的汽油的熱值為q（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m的汽油（設(shè)汽車的質(zhì)量為M）。
（1）從此時(shí)到汽油消耗完，汽車還能行駛多遠(yuǎn)？
（2）從此時(shí)到汽車停下，行駛總距離為多少？
探究歸納
1.能量守恒定律的理解
（1）各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)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(dòng)形式對(duì)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(dòng)的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動(dòng)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(shí)踐意義，徹底粉碎了永動(dòng)機(jī)的幻想。
探究應(yīng)用
【典例】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(jì)。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(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep（彈簧處在自然長度時(shí)的彈性勢(shì)能為零）?，F(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過此過程( )
A.Ep全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能
B.Ep一部分轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能
C.Ep全部轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能
D.Ep一部分轉(zhuǎn)化成活塞的重力勢(shì)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(shì)能
【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(shí)，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(gè)物體的能量增加，哪個(gè)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(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
2. .下列對(duì)能量守恒定律的認(rèn)識(shí)不正確的是( )
A.某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加
B.某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
C.不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不可能制成的
D.石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機(jī)械能消失了
3 如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度?，則整個(gè)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(jì)空氣阻力，重力加速度為g）
5.一木箱靜止于水平面上，現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m，木箱受到的摩擦力為60 N，則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是( )
A.U=200 J，Ek=600 J
B.U=600 J，Ek=200 J
C.U=600 J，Ek=800 J
D.U=800 J，Ek=200 J
6.如圖是水電站的發(fā)電原理圖，由圖可知，下列說法錯(cuò)誤的是 ( )
A.水力發(fā)電不會(huì)造成污染
B.該裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
C.要加大發(fā)電的功率，可采用僅“增大水落差”的方法
D.該裝置可以將水庫中儲(chǔ)存的水的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能
7.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5 kg，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50 cm，現(xiàn)在在活塞上方加一質(zhì)量為15 kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm。求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加多少？(g取10 m/s2，忽略大氣壓力及摩擦阻力的影響）
8.某地的平均風(fēng)速為5 m/s，已知空氣密度是1.2 kg/m3，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12 m的圓面，如果這個(gè)風(fēng)車能將此圓面內(nèi)10%的氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，則該風(fēng)車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多少？
9.（多選）行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是( )
A.物體克服阻力做功
B.物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
C.物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
D.物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
10.如圖所示，兩個(gè)完全相同的金屬球a、b，其中a球放在不導(dǎo)熱的水平面上，b球用不導(dǎo)熱的細(xì)線懸掛起來，現(xiàn)供給兩球相同的熱量，它們的溫度分別升高了Δta、Δtb，則( )
A.Δta>Δtb
B.Δta

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3 能量守恒定律

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