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.會用能量守恒定律分析解決有關(guān)問題。3.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因。
一、能量守恒定律1.內(nèi)容: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)移的過程中,能量的總量保持不變。2.意義(1)能量守恒定律告訴我們,各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象——力學(xué)的、熱學(xué)的、電學(xué)的、磁學(xué)的、光學(xué)的、化學(xué)的、生物學(xué)的等可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起。二、永動機不可能制成1.第一類永動機:人們設(shè)想中的不需要任何動力或燃料,卻能不斷地對外做功的機器。2.第一類永動機不可制成的原因:違背了能量守恒定律。
1.正誤判斷(1)某個物體的能量減少,必然有其他物體的能量增加。(　　)(2)石子從空中落下,最后停止在地面上,說明機械能消失了。(　　)(3)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化,故能量的總量是可以變化的。(　　)(4)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(　　)(5)用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(　　)(6)第一類永動機不能制成,是因為它違背了能量守恒定律。(　　)答案(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
2.(多選)下面設(shè)想符合能量守恒定律的是(　　)A.利用永久磁鐵間的作用力,造一臺永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動的機械B.做一條船,利用太陽的能量逆水行舟C.通過太陽照射飛機,使飛機不帶燃料也能飛行D.利用核動力,使地球離開太陽系解析利用磁場能可以使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能,但由于摩擦力的不可避免性,動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使轉(zhuǎn)動停止,故A不符合;可利用光能的可轉(zhuǎn)化性和電能的可收集性,使光能轉(zhuǎn)化為船的動能或飛機的動能,實現(xiàn)逆水行舟或飛機不帶燃料飛行,故B、C符合;利用反沖理論,以核力為能源,使地球獲得足夠大的速度,掙脫太陽引力的束縛而離開太陽系,故D符合。答案BCD
3.一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊,并從中穿出。不計空氣阻力,對于這一過程,下列說法中正確的是(　　)A.子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能B.子彈減少的動能等于木塊增加的動能C.子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和D.子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和
解析子彈射穿木塊的過程中,由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動能減小,木塊獲得動能,同時產(chǎn)生熱量,且系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在數(shù)值上等于系統(tǒng)機械能的損失。A、B項沒有考慮到系統(tǒng)增加的內(nèi)能,C項中應(yīng)考慮的是系統(tǒng)減少的機械能等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能,正確答案為D。答案D
能量守恒定律情境探究(1)下圖示意的永動機能實現(xiàn)嗎?(2)熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律是什么關(guān)系?
要點提示(1)不能,違反了能量守恒定律。(2)能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程,總能量保持不變,它包括各個領(lǐng)域,范圍廣泛。熱力學(xué)第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移,是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。
知識歸納1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運動形式都有對應(yīng)的能:機械運動有機械能,分子的熱運動有內(nèi)能,還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等。各種形式的能,通過做功可以相互轉(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,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.守恒條件與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的,例如,物體的機械能守恒,必須是只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功;而能量守恒定律是沒有條件的,它是一切自然現(xiàn)象都遵循的基本規(guī)律。3.能量守恒定律的重要意義(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)運動的機械觀念的范圍,從本質(zhì)上表明了各種運動形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性。能量守恒定律比機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。(3)具有重大實踐意義,即徹底粉碎了永動機的幻想。
特別提醒(1)能量守恒定律是自然界中普遍適用的規(guī)律,凡是遇到涉及能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移問題時可優(yōu)先考慮使用其解決。(2)層出不窮的永動機設(shè)計方案,由于違背了能量守恒定律,無一例外地宣布失敗,制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。
實例引導(dǎo) 例1 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,
彈簧被壓縮后用繩拉緊,此時彈簧的彈性勢能為Ep(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動,經(jīng)過多次往復(fù)運動后活塞靜止,氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過此過程(　　)A.Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能C.Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能
解析當(dāng)繩子突然斷開時,活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下的壓力F'共同作用,其合力向上,經(jīng)多次往復(fù)運動后活塞靜止時,活塞處于三力平衡狀態(tài),氣體體積必減小,外力對氣體做正功,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,最終彈力與另外兩個力的合力平衡,彈簧仍有形變。設(shè)最終彈簧的彈性勢能為Ep',由能量守恒定律得Ep=Ep'+活塞增加的重力勢能+氣體增加的內(nèi)能,所以D選項正確。答案D
規(guī)律方法 應(yīng)用能量守恒定律解題的方法步驟(1)認(rèn)清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、光能等)在相互轉(zhuǎn)化。(2)分別寫出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。(3)根據(jù)下列兩種思路列出能量守恒方程:ΔE減=ΔE增。①某種形式的能量減少,一定存在其他形式的能量增加,且減少量與增加量一定相等。②某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量與增加量一定相等。(4)代入數(shù)據(jù),計算結(jié)果。
變式訓(xùn)練1如圖所示,直立容器內(nèi)部被隔板隔開的A、B兩部分氣體(A、B兩部分體積等大),A的密度小,B的密度大,加熱氣體,并取出隔板使兩部分氣體混合均勻,設(shè)此過程中氣體吸熱為Q,氣體內(nèi)能的增量為ΔU,則(　　)A.ΔU=QB.ΔUQD.無法比較解析因A部分氣體密度小,B部分氣體密度大,以整體為研究對象,開始時,氣體的重心在中線以下,混合均勻后,氣體的重心在中線上,所以有重力做負(fù)功,使氣體的重力勢能增大,由能量守恒定律可知,吸收的熱量Q有一部分轉(zhuǎn)化為氣體的重力勢能,另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。故正確答案為B。答案B
永動機不可能制成情境探究有一種所謂“全自動”機械手表,既不需要上發(fā)條,也不用任何電源,卻能不停地走下去。這是不是一種永動機?如果不是,你知道維持表針走動的能量是從哪兒來的嗎?要點提示不是永動機,手表戴在手上,手運動的能量一部分轉(zhuǎn)化為手表的能量(指針動能)。
知識歸納1.第一類永動機人們把設(shè)想中的不消耗能量的機械叫作第一類永動機,第一類永動機是不可能制成的。2.第一類永動機失敗的原因分析如果沒有外界熱源供給熱量,則有U2-U1=W,就是說,如果系統(tǒng)內(nèi)能減少,即U2

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3 能量守恒定律

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第三冊

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