【高中物理】能量守恒定律 課件 2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

能量守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)

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(huì)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(dòng)機(jī)及其不可能制成的原因。思維導(dǎo)圖問題引入：

讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會(huì)兒，它會(huì)慢慢俯下身去，再喝一口，然后又會(huì)直立起來，如此循環(huán)往復(fù)……這種“飲水小鴨“玩具是一架永動(dòng)機(jī)嗎？一、探索能量守恒的足跡1.人類對能量的認(rèn)識能量具有不同的形式；

機(jī)械能、化學(xué)能、熱能、電能、光能、磁場能、電場能……不同形式的能量間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化

動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒、熱力學(xué)第一定律……45永動(dòng)機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)(力學(xué))電磁學(xué)化學(xué)、生物學(xué)熱學(xué)哲學(xué)達(dá)芬奇(1500)斯蒂芬(1600)法國科學(xué)院(1775)伽利略(單擺,1600)牛頓(1681)楊(能)(1801)彭斯勒(功)(1829)惠更斯(碰撞)(1678)笛卡爾(動(dòng)量守恒)(1640)塞貝克(溫差電，1821)法拉第(電磁感應(yīng),1831)(磁光效應(yīng),1845)1840電流熱效應(yīng)拉瓦錫(豚鼠,1794)赫斯(1836)焦耳熱功當(dāng)量1843-1878開爾文(1851)倫福德(鏜孔,1798)卡諾蒸汽機(jī)1824邁爾生物熱1842-45赫姆霍茲力的守恒1847克勞修斯

熱力學(xué)第一定律1850運(yùn)動(dòng)不滅思想笛卡爾康德哲學(xué)(1781)黑格爾(相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化)戴維(磨冰1799)2.能量守恒觀念的形成

能量守恒思想的萌芽和產(chǎn)生經(jīng)歷復(fù)雜的探索過程，不同領(lǐng)域的科學(xué)家從不同角度均提出能量守恒的思想。

俄國化學(xué)家蓋斯發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)過程中的熱量與反應(yīng)過程無關(guān)；

焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)；

6復(fù)習(xí)回顧：你還記得機(jī)械能守恒定律嗎？二、能量守恒定律在力學(xué)中，當(dāng)系統(tǒng)只有重力和彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而動(dòng)能與勢能的總量保持不變，這就是機(jī)械能守恒定律。在熱力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，做功和熱傳遞可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，即系統(tǒng)內(nèi)能與系統(tǒng)外的能量會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，但能的總量不會(huì)改變。內(nèi)容：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)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件。恩格斯、把它與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。它是自然科學(xué)長期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果，是普遍、和諧、可靠的自然規(guī)律之一。對能量守恒定律的理解能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化①各種運(yùn)動(dòng)形式都有對應(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，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等。②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(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。對能量守恒定律的理解守恒條件與某種運(yùn)動(dòng)形式對應(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)象都遵守的基本規(guī)律。討論：17?18世紀(jì)，許多人致力于制造一種機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對外做功，史稱“第一類永動(dòng)機(jī)”。然而，為此目的的任何嘗試都失敗了。這是為什么呢？歷史上一種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)任何動(dòng)力機(jī)械的作用都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能然后再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能……如果沒有燃料、電流或其他動(dòng)力的輸入，能量從哪里來呢！永動(dòng)機(jī)的思想違背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。三.永動(dòng)機(jī)不可能制成制造永動(dòng)機(jī)的千萬次失敗使人們的頭腦冷靜下來，開始在更深層次尋找失敗的原因。1775年法國科學(xué)院宣布“不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。1.第一類永動(dòng)機(jī)：不需要?jiǎng)恿蛉剂?，卻能源源不斷對外做功的機(jī)器2.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成：違背能量守恒定律實(shí)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(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,彈簧被壓縮后用繩拉緊,此時(shí)彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時(shí)的彈性勢能為零)?，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)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(shí),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(yùn)動(dòng)后活塞靜止時(shí),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(gè)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(xiàng)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(dòng)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(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量與增加量一定相等。(4)代入數(shù)據(jù),計(jì)算結(jié)果。課堂練習(xí)：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=Q B.ΔU<QC.ΔU>Q D.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(shí),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課堂小結(jié)一、探索能量守恒定律1.人類對