人教高中物理同步讲义练习选择性必修三3.3 能量守恒定律（教师版） （人教2019选择性必修三）.docxVIP

3.3能量守恒定律

基础导学

要点一、能量守恒定律

1．探索能量守恒的足迹

2．能量守恒定律

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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

3．永动机不可能制成

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器；

(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。

要点突破

突破一：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：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，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．能量守恒定律与电子的发现、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．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＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的．

典例精析

题型一：能量守恒定律的应用

例一．如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm.求在这一过程中气体的内能增加多少．(g取10m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力)

思路点拨：

绝热过程→外界对气体做功→内能增加→ΔU＝W

解析：由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2J＝20J.

答案：20J

变式迁移1：水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差为50m．若利用这一资源发电，设其发电效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10m/s2)

解析：每秒流下的水的质量m＝ρV＝1×103×6000kg＝6×106kg

减少的机械能E＝mgh＝6×106×10×50J＝3×109J

设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt

解得P＝3×109×50%W＝1.5×109W.

答案：1.5×109W

强化训练

选择题

1.关于能量转化与守恒的理解,下列说法中正确的是()

A.能量是守恒的,不可能消失,所以不会发生能源危机

B.能量既会凭空产生,也会凭空消失

C.能量可以从一种形式转化为另一种形式

D.能量在转化的过程中,能量在数量上会减少

解析:能量虽然是守恒的,总量不变,但是我们可以利用的能源是有限的,随着可利用能源的消耗,能量可以利用的品质降低了,所以会有能源危机,故A错误;根据能量守恒定律可知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另一个物体上,在转移和转化过程中,能量的总量保持不变,故B、D错误,C正确。

2.(2020·湖南长沙月考)能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一,以下现象、规律不能体现能量守恒定律的是()

A.行驶的汽车 B.牛顿第三定律

C.神舟飞船返回地面 D.机械能守恒定律

解析:能量守恒定律是普遍规律,生产生活、自然现象无一例外都遵守能量守恒定律,A、C不符合题意;牛顿第三定律描述的是作用力与反作用力间的关系,不能体现能量守恒定律,B符合题意;机械能守恒定律是能量守恒定律的特殊情况,D不符合题意。

3.(2020·山西临汾期中)(多选)电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车,其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等。现有一辆汽车装有镍基电池,对于其工作原理,下列说法正确的是()

A.工作时化学能转化为电能和内能

B.充电时化学能转化为电能和内能

C.工作时电