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3. 能量守恒定律
人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊）
第三章 熱力學定律
目錄
素養(yǎng)目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養(yǎng)目標
1.知道人類對能量概念的認識過程，并能理解能量和能量守恒觀念對世界統(tǒng)一性的意義
2.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵從的基本規(guī)律
3.知道第一類永動機是不可能實現(xiàn)的
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(huán)往復……這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機嗎？
正確教育
探索能量守恒的足跡
人類對能量的認識
風能
水能
光能
電能
人類對能量的認識
能量的概念是人類在對物質運動規(guī)律進行長期探索中建立起來的。
所有自然現(xiàn)象都涉及能量，不同形式的運動都可以用能量來描述。
內(nèi)能
機械能
光能
能量的轉化
要用聯(lián)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(tǒng)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
1831年
法拉第發(fā)現(xiàn)
電磁感應現(xiàn)象
1820年
奧斯特發(fā)現(xiàn)
電流的磁效應
1798年
倫福德的實驗表明熱的本質是運動
1821年
塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電現(xiàn)象
1836年
蓋斯發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)電流的熱效應
1843年
焦耳測定做功與傳熱的關系
1847年
亥姆霍茲在理論上概括和總結能量守恒定律
能量守恒觀念的形成
蓋斯
邁爾
焦耳
亥姆霍茲
化學反應放出的熱量與反應步驟無關
電流的熱效應
提出能量守恒的思想
概括和總結
能量守恒定律
1.關于能量的轉化，下列說法中正確的是（　　）
A．克服重力做功，重力勢能增加
B．因為能量守恒，所以“永動機”是存在的
C．我們要節(jié)約能源的根本原因是能量在數(shù)量上減少了。
D．由于能的轉化過程符合能量守恒定律，所以不會發(fā)生能源危機
經(jīng)典例題
A
答案：A
解析：A．克服重力做功，說明重力做負功，重力勢能增加，故A正確；
B．能量是守恒的，但能量轉換過程中有損耗，所以“永動機”是不存在的，故B錯誤；
C．我們要節(jié)約能源的根本原因是可利用能源在數(shù)量上不斷減少，總量不變，故C錯誤；
D．雖然能量守恒，但能量轉化具有方向性，可利用能能源逐漸減少，故D錯誤。
故選A。
正確教育
能量守恒定律
內(nèi)容
能量既不會憑空產(chǎn)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(guī)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(fā)現(xiàn)。
E初=E末
意義
能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程
（1）在自然界中，不同的能量形式與不同的運動形式相對應，如：物體運動具有機械能，分子運動具有內(nèi)能等；
（2）某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等；
（3）某個物體的能量減少，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。
能量守恒定律的深刻理解
（1）熱力學第一定律揭示了功、熱量和內(nèi)能的變化量的定量關系，同時也體現(xiàn)了功、熱量和物體內(nèi)能的變化滿足一種守恒關系。因此熱力學第一定律也是能量守恒定律的一種具體情況。
（2）不同力做功對應著不同的能量轉化關系，能量的具體值沒有多大意義，多數(shù)情況下，我們更關心能量的變化量。功是能量變化的量度，即W = E，這也是應用能量守恒定律解題時常用的一種表達式。
正確教育
永動機不可能制成
揭秘小鴨飲水
玻璃管
吸水毛氈
乙醚
飲水鴨不斷飲水的原因
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）
歷史上的永動機
著名科學家達·芬奇早在15世紀就提出過永動機不可能的思想，他曾設計過一種轉輪。在轉輪邊沿安裝一系列的容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動有可能使轉輪永遠地轉動，但是經(jīng)過仔細研究之后，得出了否定的結論。他從許多類似的設計方案中認識到永動機的嘗試是注定要失敗的.他寫道：“永恒運動的幻想家們！你們的探索何等徒勞無功！還是去做淘金者吧！”
螺旋永動機
17世紀，英國有一個被關在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺可以轉動的“永動機”，轉輪直徑達4.3米，有40個各重23千克的鋼球沿轉輪輻翼外側運動，使力矩加大，待轉到高處時，鋼球會自動地滾向中心。據(jù)說，他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置。國王看了很是高興，就特赦了他。其實這臺機器是靠慣性來維持短時運動的。
滾球永動機
19世紀有人設計了一種特殊機構，它的臂可以彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長的臂端，使力矩增大。轉到另一側，軟臂開始彎曲，向軸心靠攏。設計者認為這樣可以使機器獲得轉矩。然而，他沒有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉輪只能停止在原地。
軟臂永動機
1681年，英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個建議，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高處，再讓升高的水推動水輪機，水輪機除了帶動水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉不斷提水，如此周而復始，不就可以無需擔心天旱水枯了嗎？一時間，響應他的人大有人在，形形色色的自動水輪機陸續(xù)提出，竟出現(xiàn)了熱潮。
螺旋永動機
大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實現(xiàn)永動機。A是一個磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運動下去。大概他那時還沒有建立庫侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認真想一想，其荒謬處就一目了然了。
磁力永動機
永動機
第一類永動機不可能制成的原因
（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(tǒng)內(nèi)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。
第一類永動機不可能制成的原因
任何動力機械的作用都是把其他形式的能轉化為機械能。
化學能→內(nèi)能→機械能
電能→機械能
2.下列說法中正確的是（　　）
A．某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加
B．能量耗散表明，能量的總量并不守恒
C．隨著科技的發(fā)展，能量是可以憑空產(chǎn)生的
D．隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的
經(jīng)典例題
A
答案：A
解析：A．根據(jù)能量守恒定律，某種形式的能量減少，一定有其他形式的能量增加，故A正確；
B．能量耗散表明，能量的總量雖然守恒，但其轉化和轉移具有方向性，故B錯誤；
C．根據(jù)能量守恒定律，能量是不能創(chuàng)生的，故C錯誤；
D．永動機違背了熱力學第一和第二定律，故是不可能制造成功的，故D錯誤；
故選A。
3.“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為（　　）
A．它不符合機械能守恒定律
B．它違背了能量守恒定律
C．沒有合理的設計方案
D．找不到合適的材料
B
經(jīng)典例題
答案：B
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。
故選B。
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(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)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
下列說法中錯誤的是（　　）
A．能的轉化和守恒定律只適用于物體內(nèi)能的變化
B．只要有能的轉化和轉移，就一定遵從能量守恒定律
C．能的轉化和守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器
D．任何一種形式的能在轉化為其他形式的能的過程中，消耗多少某種形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的總量保持不變
A
答案：A
解析：各種形式的能都可以相互轉化，并不是只適用于物體內(nèi)能的變化，且有能的轉化和轉移，就一定遵從能量守恒定律，A錯誤，符合題意，BCD正確，不符合題意。
下列說法正確的是（　　）
A．氣體吸收了熱量，其溫度一定升高
B．第一類永動機不可能造成的原因是違反了能量守恒定律
C．對于確定的液體和確定材質的毛細管，管的內(nèi)徑越細，毛細現(xiàn)象越不明顯
D．晶體均有規(guī)則的幾何形狀
B
答案：B
解析：A．由熱力學第一定律 ，可知氣體吸收熱量，如果氣體對外做功，內(nèi)能可能減小，則其溫度可能降低，故A錯誤；
B．做功的過程就是能量轉化的過程，第一類永動機指的是不消耗能量就能做功的機器，因違反了能量守恒定律不可能造成，故B正確；
C．對于確定的液體和確定材質的毛細管，管的內(nèi)徑越細，毛細現(xiàn)象越明顯，故C錯誤；
D．晶體分為單晶體和多晶體，多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，故D錯誤。
故選B。
下列關于能的轉化和守恒定律的認識不正確的是( )
A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的增加
B．某個物體的能減少，必然有其他物體的能增加
C．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機不可能制成
D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了
D
答案：D
解析：A、根據(jù)能量守恒定律得知，某種形式的能減少，其它形式的能一定增大；故A正確；
B、某個物體的總能量減少，根據(jù)能量守恒定律得知，必然有其它物體的能量增加；故B正確；
C、不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器--永動機，違反了能量的轉化和守恒定律，不可能制成的；故C正確；
D、石子在運動和碰撞中機械能轉化為了物體及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失；故D錯誤．本題選不正確的，故選D
能源是社會發(fā)展的基礎．下列關于能量守恒和能源的說法正確的是（ ）
A．能量是守恒的，能源是取之不盡．用之不竭的
B．能量的耗散反映了能量是不守恒的
C．開發(fā)新能源,是緩解能源危機的重要途徑
D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減小，形成“能源危機”
C
答案：C
解析：A．能量是守恒的，能源是能夠提供可利用能量的物質并不是取之不盡．用之不竭的，所以A項錯誤；
B．能量的耗散是一種形式能轉化為另一種形式的能量，能量守恒定律是自然界的規(guī)律之一，所以B項錯誤；
CD．對能源的過度消耗將形成“能源危機”，自然界的能量不變，所以D項錯誤，C項正確。
故選C。
謝謝觀看

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