全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(cè)(粵教版)·課件 第3章　第2節(jié) 能量守恒定律及其應(yīng)用

第三章熱力學(xué)定律第二節(jié)能量守恒定律及其應(yīng)用

1．學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界中能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題．2．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規(guī)律．3．理解第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的．課前?自主預(yù)習(xí)

能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空________，也不會(huì)憑空________，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量____________．產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變2．兩種表達(dá)(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等；(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．3．意義(1)各種形式的能可以___________．(2)各種物理現(xiàn)象可以用_______________聯(lián)系在一起．相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律

永動(dòng)機(jī)1．永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地________________的機(jī)器．(2)第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了_______________，所以不可能制成．對(duì)外做功能量守恒定律2．熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律的比較(1)能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程，總能量保持不變，它包括各個(gè)領(lǐng)域，范圍廣泛．(2)熱力學(xué)第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，是能量守恒定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的具體體現(xiàn)．課堂?重難探究對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用1．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(duì)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．(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(4)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．2．與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)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，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．3．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以內(nèi)能減少為代價(jià)的．若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下是不可能的．能量守恒定律的理解及應(yīng)用例1如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一質(zhì)量為m的子彈以v0射入質(zhì)量為M的沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度h，則整個(gè)過程中子彈和沙箱由于相互作用所產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？(不計(jì)空氣阻力)變式1

(2024年上海檢測(cè))下列對(duì)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是

(

)A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B．某個(gè)物體的能減少，必然有其他物體的能增加C．不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不可能制成的D．石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了【答案】D【解析】根據(jù)能量守恒定律得知，某種形式的能減少，其他形式的能一定增加；某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加，A、B正確，不符合題意；不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)，違反了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能制成，C正確，不符合題意；石子在運(yùn)動(dòng)和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為石子本身及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失，D錯(cuò)誤，符合題意．變式2

(2024年重慶月考)如圖所示，是中國(guó)古代玩具飲水鳥，它的神奇之處是，在鳥的面前放上一杯水，鳥就會(huì)俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鳥將繞著O點(diǎn)不停擺動(dòng)，一會(huì)兒它又會(huì)俯下身去，再“喝”一口水．A、B是鳥上兩點(diǎn)，說法正確的是 (

)

A．A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小相同B．A、B兩點(diǎn)的線速度大小不同，角速度大小相同C．此過程雖然不違反能量守恒定律，但不可能發(fā)生D．此過程違反能量守恒定律，但可能發(fā)生，說明第一類永動(dòng)機(jī)可以制成【答案】B【解析】根據(jù)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等知，A、B兩點(diǎn)的角速度大小相同，根據(jù)v＝ωr知A點(diǎn)半徑大，線速度較大，B正確；根據(jù)a＝ω2r知A點(diǎn)半徑大，加速度較大，A錯(cuò)誤；飲水鳥的頭和軀體分別為兩個(gè)薄壁玻璃球，其間以一個(gè)玻璃管連接，內(nèi)部裝有易揮發(fā)的液體．其原理是先在鳥嘴上滴一些水，水分蒸發(fā)會(huì)吸收頭部空氣中的熱量，使得頭部氣壓小于肚子中的氣壓，從而使肚子中的部分液體壓入頭部，使重心上移，鳥的身體變得不穩(wěn)定而發(fā)生傾斜，傾斜的過程中肚子中的玻璃管口脫離液面，從而使頭部的液體又回流到肚子中，使鳥的身體再回到開始的豎直狀態(tài)，而剛才傾斜的過程中鳥嘴剛好又沾到了水，之后鳥回到豎直狀態(tài)后，鳥嘴的水分蒸發(fā)，重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng)，即飲水鳥上下運(yùn)動(dòng)的能量來源于周圍空氣的內(nèi)能，此過程不違反能量守恒定律，可能發(fā)生，C、D錯(cuò)誤．利用能量守恒定律解題的方法在應(yīng)用能量守恒定律處理問題時(shí)，首先要弄清系統(tǒng)有多少種能量相互轉(zhuǎn)化，分析哪種形式的能量增加了，哪種形式的能量減少了；或者弄清哪個(gè)物體的能量增加，哪個(gè)物體的能量減少，增加量等于減少量．小練?隨堂鞏固1．(多選)關(guān)于能量和能量守恒，下列表述正確的是 (

)A．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B．能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體C．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`背了能量守恒定律D．滿足能量守恒定律的物理過程一定能自發(fā)進(jìn)行【答案】ABC【解析】根據(jù)能量守恒定律，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，A、B正確；第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律，C正確；自然界的宏觀熱現(xiàn)象的過程都有方向性，滿足能量守恒定律的物理過程不一定能自發(fā)進(jìn)行，D錯(cuò)誤．2．(2024年上海期末)在下列家用電器中，把電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是

(

)A．吸塵器 B．充電器C．電水壺 D．電烤箱【答案】A【解析】吸塵器裝備有電動(dòng)機(jī)，能夠把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；充電器是變壓器，是升高或者降低電壓的裝置；電水壺、電烤箱是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電器，故選A．3．大約在1670年，英國(guó)賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”．如圖所示，在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁鐵AB，斜坡上端有一個(gè)圓孔P，斜面下有一個(gè)連接圓孔直至底端的彎曲軌道，維爾金斯認(rèn)為：如果在斜坡底端放一個(gè)小鐵球C，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到圓孔P處時(shí)，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以對(duì)外做功，然后又被磁鐵吸引回到上端，到圓孔P處又掉下．在以后的二百多年里，維爾金斯的永動(dòng)機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過多次，其中一次是在1878年，即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后，竟在德國(guó)取得了專利權(quán)．關(guān)于維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是

(

)A．符合理論規(guī)律，一定可以實(shí)現(xiàn)，只是實(shí)現(xiàn)時(shí)間早晚的問題B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”一定可以實(shí)現(xiàn)C．如果忽略斜面的摩擦，鐵球質(zhì)量較小，磁鐵磁性又較強(qiáng)，則維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”可以實(shí)現(xiàn)D．違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)【答案】D【解析】根據(jù)上述，維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”不消耗能量，又能源源不斷對(duì)外做功，這是第一類永動(dòng)機(jī)，違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能實(shí)現(xiàn)，故選D．4．(2024年河南模擬)著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾設(shè)計(jì)過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：一塊水平放置的絕緣體圓盤可繞過其中心的豎直軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤的中部有一個(gè)線圈，圓盤的邊緣固定著一圈帶負(fù)電的金屬小球，如圖所示．當(dāng)線圈接通直流電源后，圓盤會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的電流方向如圖中箭頭所示．下列說法正確的是

(

)A．電流對(duì)靜止電荷有作用力B．磁場(chǎng)對(duì)靜止電荷有作用力C．圓盤會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合能量守恒定律D．變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)【答案】D【解析】靜止電荷不受電流和磁場(chǎng)的作用，A、B錯(cuò)誤；線圈接通電源瞬間，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而導(dǎo)致帶電小球受到電場(chǎng)力，使其轉(zhuǎn)動(dòng)．因線圈中電流沿順時(shí)針且增大，根據(jù)安培定則可知有垂直于線圈向下的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生向上的感應(yīng)磁場(chǎng)，則有逆時(shí)針方向的電場(chǎng)，使帶負(fù)電小球受到順時(shí)針方向的電場(chǎng)力，即沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)．圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的能量是由電能轉(zhuǎn)化而來，所以符合能量守恒定律，D正確，C錯(cuò)誤．5．(2024年佛山檢測(cè))近幾年流行一種“自發(fā)電電動(dòng)車”，如圖所示．其自發(fā)電的基本原理是將一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動(dòng)車．你認(rèn)為僅靠這種方式，電動(dòng)車能持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去嗎？【答案】見解析

【解析】?jī)H靠這種方式，不能使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，因?yàn)榭窟@種方式，只能將電動(dòng)車的一部分能量收集起來，但電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力做負(fù)功，不斷把電動(dòng)車的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)能量守恒定律，要想使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，必須不斷地給電動(dòng)車補(bǔ)充新的能量，如用腳蹬電動(dòng)車或給電動(dòng)車的電源充電．6．(2023年?yáng)|莞測(cè)試)如圖所示，一物體質(zhì)量m＝2kg，在傾角θ＝37°的斜面上的A點(diǎn)以初速度v0＝3m/s下滑，A點(diǎn)距彈簧上端擋板位置B點(diǎn)的距離AB＝4m．當(dāng)物體到達(dá)B點(diǎn)后將彈簧壓縮到C點(diǎn)，最大壓縮量BC＝0.2