3.3能量守恒定律 学案(含答案)-2021年高中物理人教版(新教材)选择性必修第三册
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1、第第 3 节节 能量守恒定律能量守恒定律 核心 素养 物理观念 科学思维 1.了解能量守恒定律的探究过程。 2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍 遵从的基本规律。 3.知道第一类永动机是不可能制成的。 体会能量守恒定 律的建立过程及 重要意义。 知识点一 探究能量守恒的足迹 1.1798 年英国科学家伦福德提出了热本质的运动说。 2.1820 年丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应。 3.1821 年德国物理学家塞贝克发现温差电现象。 4.1831 年英国物理学家法拉第发现电磁感应现象。 5.1836 年俄国物理学家盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关。 6.1841 年焦耳发
2、现电流的热效应。 7.1842 年德国医生迈尔表述了能量守恒定律。 8.1843 年英国物理学家焦耳测定做功与传热的关系。 9.1847 年德国科学家亥母霍兹在理论上概括总结能量守恒定律。 知识点二 能量守恒定律 永动机不可能制成 1.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。 2.能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 3.永动机不可能制成 (1)第一类永动机:人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机。 (2)第
3、一类永动机由于违背了能量守恒定律,所以不可能制成。 思考判断 (1)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能。() (2)能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的。() (3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。() (1)在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能, 分子运动具有内能,电荷运动具有电能,原子核内部的运动具有原子能等等。 (2)不同形式能量之间可以相互转化:如“摩擦生热”是通过克服摩擦做功将机械 能转化为内能:水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化 为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等。 能量守恒定律可表述为某一些形式能
4、量的减少等于另外一些形式能量的增加,即 E减E增。 (1)永动机失败的原因是因为它违背了能量守恒定律,即人们只能遵守和利用自然 规律。 (2)人类利用和改造自然时,必须遵循自然规律,能量守恒定律的发现,使人们认 识到,任何一部机器,只要对外做功,都要消耗能量,只能是能量从一种形式转 化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体,而不能无中生有地创造能量, 不消耗能量却可源源不断地对外做功的机器是不可能制成的。 核心要点 对能量守恒定律的理解 要点归纳 1.能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能:机械运动对应机械能,分子的热运动对应内能,还 有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见,在自然
5、界中,不同的能量形式与不同 的运动形式相对应。 各种形式的能可以相互转化,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。 2.能量守恒定律是没有条件的 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 是在只有重力做功或系统内弹簧弹力做功的情况下;而能量守恒定律是没有条件 的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。 3.能量守恒定律的两种表述 (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。 4.能量
6、守恒定律的重要意义 (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定量规律联 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 决问题的重要思想。 能量守恒定律与细胞学说、 达尔文的进化论并称 19 世纪自然 科学中的三大发现,其重要意义由此可见。 (3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了人类对制成第一类永动机的幻想。 试题案例 例 1 (多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是( ) 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
7、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 解析 A 选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的;B 选项 是指能量在不同的物体间发生转化或转移,转化或转移过程中能量是守恒的,这 正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移。永动机是不可能制成的,它违 背了能量守恒定律。所以 A、B、C 正确;D 选项中石子的机械能在变化,比如 受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,转化成其他形式能, 能量守恒定律表明能量既不能创生,也不能消失,故 D 错误。 答案 ABC
8、 方法总结 能量守恒定律的应用方法 利用能量守恒定律解决问题时,首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量,其次 分析哪种能量增加了,哪种能量减少了,确定研究的系统后,用能量守恒观点求 解。 针对训练 1 (多选)下面设想符合能量守恒定律的是( ) A.利用永久磁铁间的作用力,制造一台永远转动的机械 B.做一条船,利用其它能量使它能逆水行驶 C.通过太阳照射飞机,即使飞机不带燃料也能飞行 D.利用核动力,驾驶地球离开太阳系 解析 利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能,但由于摩擦力的不可 避免性,动能最终转化为内能使转动停止,故 A 错误;让船先静止在水中,设计 一台水力发电机使船获得足够电能
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