第三章-第三节-能量守恒定律(2019人教版选择性必修第三册).doc

第3节　能量守恒定律
知识点归纳
知识点一、能量守恒定律
1．定律内容：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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变．
2．对能量守恒定律的理解
(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：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．
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)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，必须是只有重力做功；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维方法．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，即彻底粉碎了永动机的幻想．
(4)能量守恒定律中的“转化”和“转移”
①某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，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．
知识点二、永动机不可能制成
1．第一类永动机
人们把设想中的不消耗能量的机械叫做第一类永动机，第一类永动机是不可能制成的。

2．第一类永动机失败的原因分析
如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2动一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；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
解析 本题考查能的转化和守恒定律，考查学生的综合分析能力，以及从若干不同现象中找出相同的规律的能力．这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要受制动阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对．
答案 AD
二、能量守恒定律
例2 如图所示，一个半径为R0＝0.3m的半球状容器，一小铁块由边缘的A点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部B点时，容器内壁所受压力为小铁块自重的1.25倍，在它下滑的过程中热量的80%被铁块吸收，那么铁块温度升高多少摄氏度？铁的比热容是462J/(kg·℃)，g取10m/s2。

解析 由题意知，在最低点容器内壁所受压力为小铁块自重的1.25倍
FN－mg＝(1.25－1)mg＝0.25mg＝m
mv2＝0.25mgR＝0.75m
根据能量守恒定律，内能增加等于机械能损失
ΔU＝ΔE＝mgR－mv2＝3m－0.375m＝2.625m
Q＝80%ΔU＝0.8×2.625m＝2.1m
Q＝cmΔt
Δt＝4.5×10－3℃。
答案：4.5×10－3℃
自我检测
1．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是(　　)
A．机械制造的技术没有过关
B．违反了牛顿运动定律
C．违反了电荷守恒定律
D．违反了能量守恒定律
解析 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律。
答案 D
2．在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块．对此过程，下列说法中正确的是(　　)
A．摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量
B．摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能
C．子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能
D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和
解析 对木块由动能定理可判断出A项正确，子弹克服摩擦力做功而减少的机械能，转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故B、C、D三项错误，故选A项．
答案 A
3．下列设想中，符合能的转化和守恒的有(　　)
A．利用永磁铁和软铁的作用，做一架机器永远地运动下去
B．制造一架飞机，不带燃料，利用太阳能就能飞行
C．做一只船，利用水的流动，逆水行驶，不用其他力
D．利用核动力，使飞船驶离太阳系
解析　由能的转化和守恒定律知第一类永动机不可能制成，A错误；飞机利用太阳能克服阻力做功，符合能量守恒定律，B正确；利用水的动能使船逆水行驶，增加船的重力势能无法实现其转化，C错误；利用核能使飞船驶离太阳系符合能量守恒定律，D正确。
答案 BD
4．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　)
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气的内能增加1.5×105 J，则空气从外界吸热0.5×105 J
C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
D．一定质量的气体，如果保持温度不变，体积越小，则压强越大
解析 布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故选项A是错误的．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，空气向外界散热0.5×105 J的热量，故选项B是错误的．第一类永动机违背了能量守恒定律，故选项C是正确的．一定质量的气体，在保持温度不变的条件下，体积越小，气体分子与容器壁碰撞的次数越多，故压强越大，因此选项D是正确的．
答案 CD
5.如图，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析 通电后，右边气体吸收热量，温度升高，压强增大，推动隔板，对左边气体做功，由热力学第一定律可知左边气体温度升高，内能增加，压强变大，A错，B、C对．由于右边气体吸热的同时，膨胀对左边气体做功，所以内能的增加小于电热丝放出的热量，D错．
答案 BC
6．据报道，科学家已经研究出可以通过一定的科学方法，利用水制成汽油，并可大量投入使用。你如何看待这个问题(　　)
A．成本低，收效高，可节约能源
B．它将是一条致富的好出路
C．它不符合能量转化与守恒定律
D．该报道肯定是假新闻
解析 由题意可知将水制成汽油从能量角度来说违背了能量转化与守恒定律，C、D两项正确。
答案 CD　
7．如图所示，小孩下滑过程中，从能量的转化和转移的角度可用下面三句话来概括
①小孩克服摩擦做功，动能转化为内能　②小孩从滑梯上滑下时，重力势能转化为动能　③小孩的臀部吸热，内能增加，温度升高以下排序正确的是(　　)

A．①②③ B．②③①
C．②①③ D．③②①
解析　小孩从高处由静止滑下，重力做功，重力势能转化为动能，在运动过程中，小孩要克服摩擦，消耗机械能(动能)转化为热能(内能)，部分被小孩臀部吸收，温度升高，故能量转化顺序为②①③，C对，A、B、D错。
答案 C
8．下列说法正确的是(　　)
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但是照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
解析　永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置。历史上曾出现过各种各样的所谓永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量守恒定律。故A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风云雨雪，使万物生长，但辐射到星际空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，故B错；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源于食物中储存的化学能，故C正确；所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，如果把这种表放在桌面上静置几天，它一定会停摆的，故D错。
答案 C