人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律3 能量守恒定律学案设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律3 能量守恒定律学案设计，共7页。学案主要包含了能量守恒定律，永动机不可能制成，能量守恒定律的重要意义等内容，欢迎下载使用。


1、理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界遵循的基本规律。
2、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。
3、知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
一、能量守恒定律
1．探索能量守恒的足迹
2．能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
3．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．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．
4．能量守恒的两种表达
(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．
二、永动机不可能制成
1、第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．
2、第一类永动机不可能制成的原因分析
如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．
三、能量守恒定律的重要意义
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
一、单选题
1．17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（ ）
A．满足能量守恒定律，所以可能实现
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
2．图为一定质量的某种理想气体的p-V图像，图中ba的延线通过坐标原点O，bc垂直于V轴，ac平行于V轴，下列说法正确的是____________（在给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
A．a→b过程中，气体温度不变
B．b→c过程中，气体温度升高
C．c→a过程中，气体放热大于外界对气体功
D．a→b→c→a过程中，气体对外界总功为零
3．大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（ ）
A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
4．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上
C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J
5．高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（ ）
A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒
B．冰雹的势能转化为冰雹的动能
C．冰雹的内能增大
D．冰雹的机械能不守恒
6．物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（ ）
A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律
B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒
C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用
D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源
二、填空题
7．如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，大气压对水做功为______，水的内能______（选填“增加”、“减小”或“不变”）。
三、解答题
8．如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。回答下列问题
(1)若将活塞P缓慢地向外拉动，则甲、乙的内能如何改变？
(2)若隔板B绝热但可以自由移动，当活塞P缓慢地向B移动时，甲、乙的内能如何变化？
参考答案
1．D
【详解】
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球增加了机械能；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。
故选D。
2．C
【详解】
A．a→b过程中，p与V成正比，根据可知，p增大，V增大，可知T升高，故A错误；
B．b→c过程中，V不变，则为常量，又因为p下降，故温度也下降，故B错误；
C．c→a过程中，p不变，为常量，V减小，则T减小，可知气体放热大于外界对气体做功，故C正确；
D．体积增大，气体对外做功，体积减小，外界对气体对做功，p-V图象的图线与横轴围成的面积表示气体对外做功，即三角形abc围城的面积表示对外做的总功，所以气体从a→b→c→a的过程中，气体对外界做功，气体做的总功不为零，故D错误；
故选C。
3．D
【详解】
如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q。所以该“永动机”不可以实现。
故选D。
4．C
【详解】
A．布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；
C．第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；
D．由热力学第一定律△U=W+Q可知，空气向外界散出0.8×105J的热量，故D错误；
故选C。
5．A
【详解】
AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意；
BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；
故选A。
6．C
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，并通过月地检验证实了万有引力定律，故A错误；
B．能量耗散是指能量的可利用率越来越少，但是仍然遵守能量守恒定律，故B错误；
C．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故C正确；
D．能量守恒，但是随着可利用能源的使用，能量的可利用率越来越少，故要节约能源，故D错误。
故选C。
7．0 增加
【详解】
[1]打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示
即A中水面下降，B中水面上升；设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，由于水的总体积保持不变，则有
A管中大气压力对水做的功
B管中大气压力对水做的功
大气压力对水做的总功
[2] 由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加。
8．(1)均减小；(2)均增加
【详解】
(1)若将活塞P缓慢向外拉动，则气体乙对外做功，乙的内能减小，温度降低。这时甲要将热量传递给乙，故甲、乙的内能均减小。
(2)若隔板B绝热但可以自由移动，则当活塞P缓慢向B移动时，乙气体压强增大，隔板B向里移动，甲气体也被压缩，故甲、乙气体的内能均增加。