高中物理第三章 热力学定律3 能量守恒定律课堂教学课件ppt

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要点 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____________①的过程中，能量的总量保持不变。
① 在热力学领域内，使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递两种。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？
提示 能量的总量不会减少。
能量守恒定律的理解 （1）意义：各种形式的能可以相互转化；各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 （2）能量守恒的两种表达：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；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。
探究点一 能量守恒定律
（1） 从此时到汽油消耗完，汽车还能行驶多远？
（2） 从此时到汽车停下，行驶总距离为多少？
1.能量守恒定律的理解 （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、原子能等。 （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；煤的燃烧，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。 （3）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，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵守的基本规律。
2.能量守恒定律的意义 （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能量规律联系起来，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维方法。能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。 （3）具有重大实践意义，彻底粉碎了永动机的幻想。
解题感悟 利用能量守恒定律解题的方法 在应用能量守恒定律处理问题时，首先要弄清系统有多少种能量相互转化，分析哪种形式的能量增加了，哪种形式的能量减少了；或者弄清哪个物体的能量增加，哪个物体的能量减少，增加量等于减少量。
1. （多选）下列关于能量转化现象的说法中，正确的是( )A. 用太阳灶烧水是光能转化为内能B. 电灯发光是电能转化为光能C. 核电站发电是电能转化为内能D. 生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
[解析] 核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能。
探究点二 永动机不可能制成
1. 如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。
（1） 从上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？说明理由。
提示 不能，因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功，不会全部供给水泵用来抽水。
（2） 这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”。
提示 不能，由于水从上面流到下面水池的过程中，用来打磨工件消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面水池中，随着时间的推移，上面的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能“永动”。
1. 永动机失败的原因分析
2. 永动机给我们的启示
[答案] 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律，永动机失败为能量守恒定律的建立从反面提供了证据。
其中一次是在1878年，即在能量守恒定律确定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. 违背能量守恒定律，不可能实现
[解析] 该思想违背了能量守恒定律，所以该“永动机”不可能实现。
有人设计了如图所示的“浮力永动机”，永动机的传动绳上均匀地固定了许多密度小于水的小球，容器底部的管道内径与小球直径相等。设计者认为，左边容器里的小球受到浮力的作用向上运动，管道中的小球也将被带着向上运动，一旦这个小球要上升离开管道，下一个小球就会进入管道而不使水漏出，因此永动机将永不休止地顺时针转动。你认为该“浮力永动机”能否实现永动?为什么?
[答案] 不能，由能量守恒定律可知永动机是不可能制成的。
1. 下列对能量守恒定律的认识不正确的是( )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
2. （多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是( )A. 永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B. 永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C. 永动机不能制成的原因是技术问题D. 永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
[解析] 永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因。
3. 汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( )A. 汽车的机械能守恒B. 汽车的动能和势能相互转化C. 汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D. 汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒
[解析] 汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少。
历史上最著名的永动机—魔轮 历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在13世纪提出的“魔轮” 。如图甲所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘等距地安装着12根活动短杆，每根短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，右边悬臂在重力作用下会向下落，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大（在物理学上，使物体转动的力乘以力到转轴的距离叫作力矩。力矩是描述力的旋转效果的物理量，力矩越大说明旋转效果越好）；而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮转动。
仔细分析一下就会发现，虽然魔轮右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。受此启发，15世纪的意大利著名的科学家、艺术家达·芬奇也曾设计了一个相同原理的类似装置，如图乙，但试验却未获得成功。由此，达·芬奇敏锐地认识到永动机是不可能制成的，他劝告永动机的设计者们：“永恒运动的幻想家们！你们的探索是何等徒劳无功，还是去做淘金者吧。”
如图所示是18世纪人们发明的不同形式的“永动机”，现在这些“永动机”只能在博物馆中看到了，警示人们不要再做这方面的工作，试分析“永动机”不能成功的原因。
[答案] 永动机违背了能量守恒定律。
1. 人类设计了各种各样的永动机，但都以失败告终，说明设计必须遵循以下什么原则( )A. 安全性B. 科学性C. 道德性D. 技术规范性
[解析] 永动机违背了能量守恒定律，所以必须遵循科学性原则。
2. 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( )A. 机械能守恒B. 能量正在消失C. 只有动能和重力势能的相互转化D. 减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
[解析] 自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
3. （多选）一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，下列关于物体和斜面组成的系统的说法中正确的是( )A. 机械能守恒B. 总能量守恒C. 机械能和内能增加D. 机械能减少，内能增加
[解析] 物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少；由能量守恒定律知，内能增加，能的总量不变。
4. 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用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] 形状记忆合金进入水后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知能量来源于热水，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中。
6. 如图是水电站的发电原理图，由图可知，下列说法错误的是 ( )
A. 水力发电不会造成污染B. 该装置将机械能转化为电能C. 要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法D. 该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
[解析] 提示 由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量。
9. （多选）行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )A. 物体克服阻力做功B. 物体的动能转化为其他形式的能量C. 物体的势能转化为其他形式的能量D. 物体的机械能转化为其他形式的能量