導學案：3.3 能量守恒定律（解析版）

學而優(yōu)教有方第3節(jié)能量守恒定律【知識梳理與方法突破】能量守恒定律與永動機不可能制成1.能量守恒定律的理解（1）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，還有電磁能、化學能、原子能等。（2）各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤的燃燒，化學能轉(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。（3）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)的彈力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。2.能量守恒定律的意義（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，它是物理學中解決問題的重要思維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達爾文的進化論并稱19世紀自然科學中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見。（3）具有重大實踐意義，徹底粉碎了永動機的幻想。3.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=W4.永動機給我們的啟示人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律，永動機失敗為能量守恒定律的建立從反面提供了證據(jù)?！纠肯铝姓f法中錯誤的是（）A．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律只適用于物體內(nèi)能的變化B．只要有能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，就一定遵從能量守恒定律C．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器D．任何一種形式的能在轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程中，消耗多少某種形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的總量保持不變【答案】A【詳解】各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并不是只適用于物體內(nèi)能的變化，且有能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，就一定遵從能量守恒定律，A錯誤，符合題意，BCD正確，不符合題意。【針對訓練】A、B兩裝置，均由一支一端封閉、一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同．將兩管抽成真空后，開口向下豎直插人水銀槽中（插入過程沒有空氣進入管內(nèi)），水銀柱上升至圖示位置停止．假設(shè)這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量B．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量C．A和B中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同D．A和B中水銀溫度始終相同，故內(nèi)能增量相同【答案】B【詳解】選B.由于水銀與外界沒有熱交換，大氣壓力對水銀做功，一部分轉(zhuǎn)化為水銀的重力勢能，一部分轉(zhuǎn)化為水銀的內(nèi)能，兩種情況下管中進入的水銀量相等，故大氣將槽中水銀面向下壓的距離相等，因此大氣壓力做功相等，圖A管中水銀的重力勢能比圖B的大，因此A中水銀的內(nèi)能增量比B中小，B正確．【對點檢測】1．如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時開閘，水由通道進入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點時關(guān)閉閘門（如圖甲），落潮時，開閘放水發(fā)電（如圖乙）。設(shè)海灣水庫面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電機的平均能量轉(zhuǎn)化效率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為（ρ海水＝1.0×103kg/m3，g取10m/s2）（）A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW【答案】B【詳解】利用潮汐發(fā)電，就是水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，水能轉(zhuǎn)化電能的效率是10%，一次漲潮，退潮后水壩內(nèi)水的勢能增加W水=G△h=mg△h=ρ水Vg△h=ρ水Shg△h=ρ水Sgh△h△h為水的重心下降的高度，即△h=1.5m則水的勢能可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躓電=W水×10%=ρ水Sgh△h×10%=1.0×103kg/m3×5.0×108m2×10N/kg×3m×（1.5m）×0.1J=2.25×1012J每天2次漲潮，則該電站一天能發(fā)電4.5×1012J，所以每天的平均功率為P==5.2×104kW故ACD錯誤，B正確。故選B。2．為了探究能量轉(zhuǎn)化和守恒，小明將小鐵塊綁在橡皮筋中部，并讓橡皮筋穿入鐵罐，兩端分別固定在罐蓋和罐底上，如圖所示．讓該裝置從不太陡的斜面上A處滾下，到斜面上B處停下，發(fā)現(xiàn)橡皮筋被卷緊了，接著鐵罐居然能從B處自動滾了上去．下列關(guān)于該裝置能量轉(zhuǎn)化的判斷正確的是A．從A處滾到B處，主要是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能B．從A處滾到B處，主要是彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能C．從B處滾到最高處，主要是動能轉(zhuǎn)化為重力勢能D．從B處滾到最高處，主要是彈性勢能轉(zhuǎn)化為重力勢能【答案】D【詳解】A、鐵罐從不太陡的斜面上A處滾下，到斜面上B處停下，A處與B處動能相同，重力勢能減少，橡皮筋被卷緊了橡皮筋的彈性勢能增加，即從A處滾到B處，主要是重力勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，A錯誤B、理由同A選項，B選項錯誤C、從B處滾到最高處，重力勢能增加，橡皮筋的彈性勢能減少，即橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為重力勢能，C選項錯誤D、理由同C選項，D選項正確故選D3．自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，下列說法正確的是()A．機械能守恒B．機械能在減少C．總能量守恒D．只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化E．減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒【答案】BCE【詳解】自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明機械能在減少，減少的機械能通過克服阻力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量不變，故BCE選項正確、AD錯誤．故選BCE．4．下述做法不能改善空氣質(zhì)量的是()A．以煤等燃料作為主要生活燃料B．利用太陽能、風能和氫能等能源替代化石能源C．鼓勵私人購買和使用汽車代替公交車D．限制使用電動車E．大量使用核能發(fā)電、風力發(fā)電和水力發(fā)電【答案】ACD【詳解】以煤等燃料作為主要生活燃料時會產(chǎn)生大量空氣污染物；私人汽車代替公交車會使汽油消耗量增加，帶來的空氣污染物增多；限制使用電動車對改善空氣質(zhì)量無影響；太陽能、核能、風能和氫能等屬于清潔能源，可以減少污染物排放．故選ACD．5．關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法中正確的是

（

）A．舉重運動員把重物舉起來，體內(nèi)的一部分化學能轉(zhuǎn)化為重力勢能B．電流通過電阻絲使電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．內(nèi)燃機的做功沖程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能D．煤炭燃燒的過程中能量不守恒【答案】ABC【詳解】A．舉重運動員舉起重物，使重物的重力勢能變大，消耗了自身的化學能，A正確；B．電流通過電阻絲，電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，B正確；C．內(nèi)燃機中的燃料燃燒，對外做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，C正確；D．煤炭燃燒的過程是化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量也是守恒的，D錯。故選ABC。6．太陽能的光熱轉(zhuǎn)化是目前技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽能利用形式，從有關(guān)資料獲悉，在晴天時，垂直于陽光的地球表面接收到的光輻射為。如圖所示，有一臺太陽能熱水器，可將接收到的光輻射的50%用來升高水溫，如果該熱水器接受陽光垂直照射的有效面積始終是2m2，晴天曬1h，其水箱中50kg水的溫度能升高多少攝氏度？[水的比熱容]【答案】20.6【詳解】依題意，可求得1h太陽能熱水器可以接受的太陽能為水吸收的熱量為則水箱中50kg水升高的溫度為7．圖是歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)的幾種永動機的設(shè)計方案示意圖：圖（a）是想利用短桿上的重球產(chǎn)生的作用，使輪子不停地轉(zhuǎn)動；圖（b）是想利用像燈芯那樣的棉線把水吸到高處，再流下沖擊輪子的葉片，使輪子不停地轉(zhuǎn)動；圖（c）是想利用重物在水中受浮力作用而上升，帶動輪子不停地轉(zhuǎn)動。請仔細分析這些永動機的設(shè)想，指出它們不可能實現(xiàn)的原因?！驹斀狻坎幌哪芰慷苡肋h對外做功的機器違反了能量守恒定律永動機在一定時間內(nèi)能保持轉(zhuǎn)動，但是由于摩擦力的存在，將有一部分能量以熱量的形式散失掉，即能量是不可能無中生有的，所以自然界中不可能存在永動機，這三種永動機都違背了能量守恒定律。8．如圖所示，容器A、B中各有一個可自由移動的活塞?；钊旅媸撬厦鏋榇髿?，大氣壓恒定。A、B間用帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界隔熱。A容器的橫截面面積大于B容器的橫截面面積，