3能量守恒定律課前·基礎(chǔ)認(rèn)知課堂·重難突破素養(yǎng)·目標(biāo)定位隨堂訓(xùn)練素養(yǎng)?目標(biāo)定位目標(biāo)素養(yǎng)1.歷經(jīng)能量守恒探索足跡,體驗(yàn)?zāi)芰渴睾阌^念的形成。2.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律。3.理解第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。知識(shí)概覽課前·基礎(chǔ)認(rèn)知一、探索能量守恒的足跡1.人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)。(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,通過做功可以

相互轉(zhuǎn)化

。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。

2.能量守恒觀念的形成。很多科學(xué)家對(duì)能量守恒觀念的形成,做出了重要貢獻(xiàn)。(1)俄國(guó)化學(xué)家蓋斯發(fā)現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中放出的熱量與反應(yīng)步驟無關(guān)。(2)英國(guó)物理學(xué)家焦耳精確地測(cè)量了做功與傳熱之間的等價(jià)關(guān)系。(3)德國(guó)醫(yī)生邁爾表述了能量守恒定律。(4)德國(guó)科學(xué)家亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)能量守恒定律。微訓(xùn)練1判斷下圖分別是哪幾種能量之間的相互轉(zhuǎn)化。答案:(1)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能

(2)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

(3)光能轉(zhuǎn)化為電能

(4)電能轉(zhuǎn)化為光能二、

能量守恒定律1.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)化為其他形式,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。2.意義。(1)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起。微判斷

(1)各種能量之間可以轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化,但能量總量保持不變。(

)(2)運(yùn)動(dòng)的物體在阻力作用下會(huì)停下來,說明機(jī)械能憑空消失了。(

)√×三、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,卻能不斷地對(duì)外

做功

的機(jī)器。

2.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因:違背了

能量守恒

定律。

3.意義:正是前人在探索永動(dòng)機(jī)過程中的失敗才使后人的思考走上了正確的道路。微訓(xùn)練2第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是(

)A.違反了熱力學(xué)第一定律B.違反了機(jī)械能守恒定律C.違反了能量守恒定律D.以上說法都不對(duì)答案:C課堂·重難突破重難歸納1.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。對(duì)能量守恒定律的理解2.能量守恒定律的重要意義。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物,大到宇宙天體,小到原子核內(nèi)部,只要有能量轉(zhuǎn)化,就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù),這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對(duì)各種能量,如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用,都是通過能量轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。3.能量守恒的兩種表達(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。4.永動(dòng)機(jī)不可能制成。(1)第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律,所以不可能制成。(2)第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因分析。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。有一種所謂“全自動(dòng)”機(jī)械手表,既不需要上發(fā)條,也不用任何電源,卻能不停地走下去。這是不是一種永動(dòng)機(jī)?如果不是,維持表針走動(dòng)的能量是從哪來的?提示:這不是永動(dòng)機(jī)。手表戴在手腕上,通過手臂的運(yùn)動(dòng),機(jī)械手表獲得能量,供手表指針走動(dòng)。若將此手表長(zhǎng)時(shí)間放置不動(dòng),手表指針就會(huì)停止走動(dòng)。典例剖析在焦耳實(shí)驗(yàn)中,質(zhì)量為6kg的鉤碼下落2m的距離,重復(fù)實(shí)驗(yàn)25次,使一輪槳葉旋轉(zhuǎn)起來以攪動(dòng)0.6kg的水,若水的初始溫度為15℃,問實(shí)驗(yàn)后水的溫度升高到多少?答案:16.2℃解析:鉤碼下落25次,提供的能量為E=25mgh由Q=cmΔt=E可得,水升高的溫度為故水的溫度為t=t0+Δt=16.2

℃。規(guī)律總結(jié)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。學(xué)以致用某校研究性學(xué)習(xí)小組為估測(cè)太陽對(duì)地面的輻射功率,制作了一直徑為0.2m的0℃的冰球,在環(huán)境溫度為0℃時(shí),用黑布把冰球包裹后懸吊在彈簧測(cè)力計(jì)下放在太陽光中。經(jīng)過40min后彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減少了3.49N。請(qǐng)你幫助這個(gè)小組估算太陽光垂直照射在某一單位面積上的輻射功率。冰的熔化熱為3.35×105J/kg,g取9.8N/kg。答案:1.58×103W/m2解析:冰球熔化掉重力為3.49

N的過程中需要吸收的能量

此熱量就是太陽在40

min內(nèi)照射在直徑為0.2

m的冰球上的熱量,設(shè)太陽垂直照在單位面積上的輻射功率為P,隨堂訓(xùn)練1.有關(guān)能量守恒定律,下列說法正確的是(

)A.只適用于機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化B.只適用能量轉(zhuǎn)化過程C.“摩擦生熱”是創(chuàng)造了熱,它不符合能量守恒定律D.根據(jù)能量守恒定律,宇宙中的能量總和不變答案:D解析:能量守恒定律是自然界普遍遵循的一個(gè)規(guī)律,適用于一切能量和一切物理過程,故選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。2.(多選)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說法正確的是(

)A.用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C.核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.生石灰放入盛有涼水的燒杯里,水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案:AB解析:用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,選項(xiàng)A正確;電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能,選項(xiàng)B正確;核電站發(fā)電是核能轉(zhuǎn)化為電能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;生石灰放入涼水中,水溫升高是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.下面幾幅圖中,有關(guān)功與內(nèi)能的說法正確的是(

)A.圖甲中迅速下壓活塞,棉花會(huì)燃燒起來,說明熱傳遞可以使物體的溫度升高B.圖乙中重物下落帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),由于葉片向水傳遞熱量而使水的溫度升高C.圖丙中降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電,電流對(duì)水做功使水的溫度升高D.做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能增加D解析:題圖甲中迅速下壓活塞,棉花會(huì)燃燒起來,說明做功可以改變物體的內(nèi)能,使物體的溫度升高,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;題圖乙中重物下落帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),由于葉片對(duì)水做功而使水的溫度升高,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;題圖丙中降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量,向水傳遞熱量使水的溫度升高,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能增加,選項(xiàng)D正確。4.(多選)如圖所示,長(zhǎng)木板A放在光滑的水平地面上,物體B以水平速度v0沖上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木板A上,則從B沖到木板A上到相對(duì)木板A靜止的過程中,下列說法正確的是(

)A.物體B動(dòng)能的減少量等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能B.物體B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量C.物體B損失的機(jī)械能等于木板A獲得的動(dòng)能與系統(tǒng)損失的機(jī)械能之和D.摩擦力對(duì)物體B做的功和對(duì)木板A做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量CD解析:物體B以水平速度沖上木板A后,由于摩擦力作用,B減速運(yùn)動(dòng),木板A加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)能量守恒定律,物體B動(dòng)能的減少量等于木板A增加的動(dòng)能和產(chǎn)生的熱量之和,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理,物體B克服摩擦力做的功等于物體B損失的動(dòng)能,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由能量守恒定律可知,物體B損失的機(jī)械能等于木板A獲得的動(dòng)能與系統(tǒng)損失的機(jī)械能之和,故選項(xiàng)C正確;摩擦力對(duì)物體B做的功等于物體B動(dòng)能的減少量,摩擦力對(duì)木板A做的功等于木板A動(dòng)能的增加量,由能量守恒定律,摩擦力對(duì)物體B做的功和對(duì)木板A做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量,故選項(xiàng)D正確。5.如圖所示,一太陽能集熱箱里面封閉著一定質(zhì)量的氣體,集熱板作為箱的活塞且正對(duì)著太陽,其面積為S。在時(shí)間t