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3.3能量守恒定律
選擇性必修第三冊&第三章 熱力學定律
讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會兒，又會慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會直立起來。如此循環往復……
這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機嗎？
課堂引入
閱讀教材p54頁，并回答問題。
1.了解能量守恒定律的研究歷程，梳理主要物理學家的貢獻；
閱讀并回答：
一、探索能量守恒的足跡—思考
人類對能量的認識
能量的概念是人類在對物質運動規律進行長期探索中建立起來的。所有自然現象都涉及能量，人類活動離不開能量，能量具有不同的形式。
內能
機械能
光能
探索能量守恒的足跡
（1）能量具有不同的形式
一、探索能量守恒的足跡—能量形式
要用聯系的觀點去觀察自然，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統一起來描述。各種能量之間是可以相互轉化的。
重力勢能與動能轉化
熱能與電能轉化
電能與磁能轉化
人類對能量的認識
（2）能量之間的轉化
一、探索能量守恒的足跡—能量轉化
1836年
蓋斯發現化學反應放出的熱量與反應步驟無關
1842年
邁爾表述了能量守恒定律
1841年
焦耳發現電流的熱效應
1831年
法拉第發現電磁感應現象
1820年
奧斯特發現電流的磁效應
1843年
焦耳測定做功與傳熱的關系
1798年
倫福德的實驗表明熱的本質是運動
1821年
塞貝克發現溫差電現象
1847年
亥姆霍茲在理論上概括和總結能量守恒定律
人類對能量的認識
（3）能量守恒觀念的形成
能量守恒不是由某一個人通過某一項的研究而得到的。
一、探索能量守恒的足跡—觀念形成
閱讀教材p56頁，并回答問題。
1.什么是能量守恒定律？
閱讀并回答：
二、能量守恒定律—思考
能量守恒定律
1.內容
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。
能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然規律之一，它與細胞學說，進化論一起被恩格斯譽為十九世紀自然科學的三大發現。
E初=E末
2.意義
二、能量守恒定律—內容
能量守恒定律
3.說明
①自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。
③能量守恒定律適用于任何物理現象和物理過程。
機械運動———機械能
熱運動———內能
化學運動——化學能
電荷運動——電能
生物運動——生物能
原子核內部的運動——原子能
②不同形式的能量之間可以相互轉化。
二、能量守恒定律—說明
閱讀教材p57頁，并回答問題。
1.從能量守恒角度分析為什么永動機不可以制成？
閱讀并回答：
三、永動機不可能制成—思考
永動機不可能制成
飲水鴨不斷飲水的原因
三、永動機不可能制成—解析
1.永動機
不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。
人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機。
2.歷史上的永動機
螺旋永動機
達·芬奇
滾球永動機
馬爾基斯
軟臂永動機
19世紀設計
三、永動機不可能制成—內容
（1）如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統內能減少，即U2（2）層出不窮的永動機設計方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人類制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。
3.第一類永動機不可能制成的原因
4.永動機給我們的啟示
人類利用和改造自然時，必須遵循自然規律.
三、永動機不可能制成—原因
　 如圖所示，一個質量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5 kg，處于靜止狀態時被封閉氣體的高度為50 cm，現在在活塞上方加一15 kg的物體，待穩定后，被封閉氣體的高度變為40 cm。求在這一過程中氣體內能的增加量。(g取10 m/s2，忽略大氣壓力及摩擦阻力的影響)
[解析]　由能量守恒定律可知，內能的增加量等于活塞和物體重力勢能的減少量，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10-2 J＝20 J。
典例分析
[答案]　20 J
　2.(多選)下列對能量守恒定律的認識正確的是(　 　)
A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加
B．某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
C.不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器——第一類永動機是不可能制成的
D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了
ABC
典例分析
3.(多選)細繩一端固定在天花板上，另一端拴一質量為m的小球，如圖所示。使小球在豎直平面內擺動，經過一段時間后，小球停止擺動。下列說法中正確的是(　　)
A．小球機械能不守恒
B．小球能量正在消失
C．小球擺動過程中，只有動能和重力勢能在相互轉化
D．總能量守恒，但小球的機械能減少
AD
典例分析
本課小結
能量守恒定律
探索能量守恒的足跡
永動機不可能制成：違背了能量守恒定律
能量守恒定律
內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。
表達式：E初=E末
課堂總結
1．氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收了120 J的熱量，它的內能的變化情況是(　　)
A．減小20 J　　　　　　　 B．增大20 J
C．減小220 J D．增大220 J
解析：研究對象為氣體，外界對其做功W＝－100 J，吸收熱量Q＝
120 J，由熱力學第一定律有ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J。ΔU>0，說明氣體的內能增加。
B
課堂練習
2．在光滑水平面上停放一木塊，一子彈水平射穿木塊。對此過程，下列說法中正確的是(　　)
A．摩擦力(子彈與木塊間)對木塊做的功等于木塊動能的增加量
B．摩擦力對木塊做的功完全轉化為木塊的內能
C．子彈減少的機械能等于子彈與木塊增加的內能
D．子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與內能之和
A
課堂練習
解析：對木塊由動能定理可判斷出A項正確；子彈克服摩擦力做功而減少的機械能，轉化為木塊、子彈的內能和木塊的動能，故B、C、D三項錯誤。
課堂練習
3．至今為止，第一類永動機從來沒有成功過，其原因是(　　)
A．機械制造的技術沒有過關
B．違反了牛頓運動定律
C．違反了電荷守恒定律
D．違反了能量守恒定律
解析：第一類永動機不可能制成的原因是違背了能量守恒定律。
D
課堂練習
4．0 ℃的水結成0 ℃的冰，對此過程應用熱力學第一定律，以下關于符號的說明正確的是(　　)
A．Q＞0，W＞0，ΔU＞0 B．Q＞0，W＜0，ΔU＜0
C．Q＜0，W＜0，ΔU＜0 D．Q＜0，W＞0，ΔU＜0
解析：0 ℃的水結成0 ℃的冰，在此過程中體積增大，對外做功，所以W＜0，該過程中放出熱量，所以Q＜0，結合熱力學第一定律可知，水的內能減少，所以ΔU＜0，故C正確，A、B、D錯誤。
C
課堂練習
5.(新情景題)(多選)現在騎自行車成為一種流行的運動，而山地自行車更是受到大眾的青睞。山地自行車前輪有氣壓式減震裝置來抵抗顛簸，其原理如圖所示，隨著騎行時自行車的顛簸，活塞上下振動，在汽缸內封閉的氣體的作用下，起到延緩震動的目的。如果路面不平，下列關于該減震裝置的說法正確的是(　　)
課堂練習
A．活塞迅速下壓時汽缸內的氣體溫度不變
B．活塞迅速下壓時汽缸內的氣體壓強增大
C．活塞下壓后迅速反彈時汽缸內有些氣體分子的速率增大
D.活塞下壓后迅速反彈時汽缸內氣體內能增加
答案：BC
課堂練習
解析：如果活塞迅速下壓，活塞對氣體做功，氣體來不及散熱，則由熱力學第一定律可知，氣體內能增加，溫度升高，壓強增大，故A錯誤，B正確；活塞下壓后迅速反彈時，氣體對外做功，來不及吸熱，氣體內能減少，溫度降低，氣體分子平均速率減小，但不是每個氣體分子的速率都減小，有些分子的速率可能增大，故C正確，D錯誤。
課堂練習

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