【高中物理】能量守恒定律（教学课件） 高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）.pptx

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1、第第3 3节节 能量守恒定律能量守恒定律第三章第三章 人教版 选择性必修第三册探索能量守恒的足迹0101能量守恒定律0202热与内能的改变0303典例分析0404新课导入让让“饮水小鸭饮水小鸭”“”“喝喝”完一口水后，直完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再再“喝喝”一口，然后又会直立起来。如此循一口，然后又会直立起来。如此循环往复环往复.这种这种“饮水小鸭饮水小鸭”玩具是一架永动机吗玩具是一架永动机吗？探索能量守恒的足迹PART 01 能量能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有的概念是人类在对物质运动规律进行长期探

2、索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。能量具有不同的形式能量具有不同的形式描述热运动的内描述热运动的内能能描述机械运动的机械描述机械运动的机械能能描述光辐射的光描述光辐射的光能能描述电现象的电描述电现象的电能能不同形式的运动都不同形式的运动都可以可以用能量来描述用能量来描述可以用可以用能量能量的观念的观念把热、电、光、磁把热、电、光、磁等都统一起来描述等都统一起来描述内能内能机械能机械能光能光能1、人类对能量的认识各种形式的能量之间可以相互转化各种形式的能量之间可以相互转化机械能的各种形式之间可以相互转化机械能的各种

3、形式之间可以相互转化电和磁可以相互转化电和磁可以相互转化热和电也可以相互转化热和电也可以相互转化在在认认识识自自然然的的进进程程中中，科科学学家家慢慢慢慢知知道道了了要要用用联系的观点联系的观点去观察自然去观察自然。机械能转化机械能转化电磁转化电磁转化热电转化热电转化能量转化的研究成果能量转化的研究成果机械能转机械能转化为内能化为内能电场电场能转化能转化为磁场能为磁场能内能转化内能转化为电能为电能磁场磁场能转能转化为电能化为电能俄国化学家盖斯俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。总热量相同。

4、表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。在一个确定的化学反应中这个量是不变的。德国医生迈尔德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。现象，猜想热与机械运动的等效性。他在他在18411841

5、年和年和18421842年连续写出年连续写出“论论自然力自然力（指能量）守恒（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。个提出能量守恒思想的人。2、能量守恒观念的形成人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒守恒”这一科学思想的追寻。这一科学思想的追寻。焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，了牢固的实验基础，也为能量守恒的

6、定量描述迈出了重要的一步。也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。德国科学家亥姆霍兹德国科学家亥姆霍兹在在不了解迈尔和焦耳研究的情况下不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事从永动机不可能制成这一事实出发，实出发，考察了自然界不同的考察了自然界不同的“力力”（指能量）之间的相互关系，提出了（指能量）之间的相互关系，提出了“张力张力”（即势能）与（即势能）与“活力活力”（即动能）的转化。（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。的守恒问题。能量守恒能量守恒观念的形成观念的形成盖斯盖斯迈尔迈尔焦耳焦耳亥姆霍兹亥姆霍兹化学反应

7、放出的热化学反应放出的热量与反应步骤无关量与反应步骤无关功热等价功热等价提出能量守恒的思想提出能量守恒的思想概括和总结能概括和总结能量守恒定律量守恒定律能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。能量守恒定律PART 021 1、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、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，能量的总量中，能量的总量保持不变保持不变 例如：例如：自由落体运

8、动：自由落体运动：势能势能动能动能摩擦生热：摩擦生热：机械能机械能内能内能热机中的气体推动活塞做功：热机中的气体推动活塞做功：内能内能机械能机械能电流通过电阻丝：电流通过电阻丝：电能电能内能内能电流通过白炽灯：电流通过白炽灯：电能电能内能内能光能光能燃料燃烧：燃料燃烧：化学能化学能内能内能2 2、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是1919世纪自然科学中三大发现世纪自然科学中三大发现之一（之一（能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称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世纪自然科学中三大发现现），），也庄

9、严宣告了永动机幻想的彻底破灭也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭.能量守恒定律能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言.1 1、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、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程中，能量的总量中，能量的总

10、量保持不变保持不变 例如：例如：自由落体运动：自由落体运动：势能势能动能动能电流通过电阻丝：电流通过电阻丝：电能电能内能内能燃料燃烧：燃料燃烧：化学能化学能内能内能摩擦生热：摩擦生热：机械能机械能内能内能热机中的气体推动活塞做功：热机中的气体推动活塞做功：内能内能机械能机械能电流通过白炽灯：电流通过白炽灯：电能电能内能内能光能光能4 4、能量守恒定律能量守恒定律的特例的特例机械能守恒定律机械能守恒定律能量守恒在机械能范围内的表现能量守恒在机械能范围内的表现热力学第一定律热力学第一定律能量守恒在热力学范围内的表现能量守恒在热力学范围内的表现区别：区别：热力学第一定律热力学第一定律和和机械能守恒定

11、律机械能守恒定律能够给出具体的定量形式，能够给出具体的定量形式，而而能量守恒能量守恒定律定律却给不出却给不出。力学中：机械能守恒定律力学中：机械能守恒定律电学中：闭合电路欧姆定律电学中：闭合电路欧姆定律电磁电磁感应感应中：楞次定律中：楞次定律热热学中：学中：热力学第一热力学第一定律定律能量既不会凭空产生，也不会凭空能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能消失，它只能从一种形式转化为其从一种形式转化为其他形式他形式，或者，或者从一个物体转移到别从一个物体转移到别的物体，的物体，在转化或转移的过程中，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。能量的总量保持不变。能量守恒能量守恒的观点也在不断地发

12、展，相对论建立以后，基本粒子的研的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在2020世纪世纪3030年代初，奥地利物理学家泡利年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。根据能量守恒定律预言了中微子。6 6、能量是与质量相关联的一个物理量能量是与质量相关联的一个物理量5 5、能量守恒是自然界的普遍规律能量守恒是自然界的普遍规律1(多选多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是下列对能量守恒定律的认识正确的是()A某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加某种形式的能量减

13、少，一定存在其他形式的能量增加B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是可永动机是可能制成的能制成的D石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了小试牛刀AB2在阳光的照射下太阳能小风扇快速转动这说明在阳光的照射下太阳能小风扇快速转动这说明()A动能可以凭空产生动能可以凭空产生B可以制造出不消耗能量的永动机可以制造出不消耗能量的永动机C太阳能可以转化为其他形式的能太阳能可以转化为其他形式的能D太阳可以提供无

14、穷无尽的能量，不需要节约能源太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源小试牛刀C永动机不可能制成PART 03 如此如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。“问题问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。栏目中的饮水小鸭不是永动机。小小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。1

15、1、饮水小鸭的结造、饮水小鸭的结造 2 2、饮水小鸭的工作原理、饮水小鸭的工作原理 小鸭头部的毛毡小鸭头部的毛毡“饮水饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。头部被浸湿；醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。头部被浸湿；外力使小鸭处于外力使小鸭处于倾倒位置后立即撤去外力倾倒位置后立即撤去外力头部被浸湿；头部被浸湿；上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小

16、鸭站立。鸭站立。想一想17171818世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称断地对外做功，史称“第一类永动机第一类永动机”。图展示了其中的一种设计。然而，为。图展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？任何任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械的化学能转化为燃气的内能然后再转化为

17、机械能，电动机把电能转化为机械能能.如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。思考与讨论2 2、永动机给我们的启示、永动机给我们的启示 人类人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律利用和改造自然时，必须遵循自然规律.1 1、第一类永动机第一类永动机 概念概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功.结果结果：无一例外地归于失败：无一例外地归于失败.原因原因：违背了能量守恒定律：违背

18、了能量守恒定律.3 3、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能造成的。机是不可能造成的。任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。化学能化学能内能内能机械能机械能电能电能机械能机械能永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。小试牛刀1 1、永动机永动机是不可能制成的，这是因为（是不可能制成的，这是因为（）A.A.不符合机械能守恒定律不符合机械能守恒定律 B.B.做功产生的热量不符合热功当量做功产生的热量不符合热功当量C.C.违

19、背了热力学第一定律违背了热力学第一定律D.D.找不到合适的材料和合理的设计方案找不到合适的材料和合理的设计方案C小试牛刀2 2第一类永动机违反了什么而不能制成第一类永动机违反了什么而不能制成()A A违反了热力学第一定律违反了热力学第一定律B B违反了机械能守恒定律违反了机械能守恒定律C C违反了能量守恒定律违反了能量守恒定律D D以上说法都不对以上说法都不对C C典例分析PART 041.1.是水是水,上面为空气上面为空气,大气压恒定。大气压恒定。A A、B B底部由带有阀门底部由带有阀门K K的管道相连的管道相连,整整个装置与外界绝热。原先个装置与外界绝热。原先A A中的水面比中的水面比B

20、 B中高中高,打开阀门打开阀门,使使A A中的水逐渐向中的水逐渐向B B中流中流,最后达到平衡。在这个过程中最后达到平衡。在这个过程中 ()A.A.大气压力对水做功大气压力对水做功,水的内能增加水的内能增加B.B.水克服大气压力做功水克服大气压力做功,水的内能减少水的内能减少C.C.大气压力对水不做功大气压力对水不做功,水的内能不变水的内能不变D.D.大气压力对水不做功大气压力对水不做功,水的内能增加水的内能增加D D小试牛刀小试牛刀2如如图图所所示示，一一演演示示用用的的“永永动动机机”转转轮轮由由5根根轻轻杆杆和和转转轴轴构构成成，轻轻杆杆的的末末端端装装有有用用形形状状记记忆忆合合金金制

21、制成成的的叶叶片片。轻轻推推转转轮轮后后，进进入入热热水水的的叶叶片片因因伸伸展展而而“划划水水”，推推动动转转轮轮转转动动。离离开开热热水水后后，叶叶片片形形状状迅迅速速恢恢复复，转转轮轮因因此此能能较较长时间转动。下列说法正确的是长时间转动。下列说法正确的是()A转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C转动的叶片不断搅动热水，水温升高转动的叶片不断搅动热水，水温升高D叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量D D3、下列

22、有关能量的描述正确的是下列有关能量的描述正确的是()A.“又要马儿跑得快又要马儿跑得快,又要马儿不吃草又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律B.工作中的电风扇工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能消耗的电能大于输出的机械能,该过程能量不守恒该过程能量不守恒C.滑块在粗糙的水平面上减速滑行滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来最终停了下来,动能消失动能消失,能量不守恒能量不守恒D.同时做自由落体运动的物体同时做自由落体运动的物体,质量越大质量越大,势能减少越快势能减少越快,机械能减少也越机械能减少也越快快A A小试牛刀4 4、(多选多选)约翰约翰维尔金斯设计了一种磁力维尔金

23、斯设计了一种磁力“永动机永动机”,”,如图所示如图所示,在斜坡顶在斜坡顶上放一块强有力的磁铁上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为底端的弯曲轨道。维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于那么由于磁铁的吸引磁铁的吸引,小铁球就会向上运动小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔当小球运动到小孔P P处时处时,它就要掉下它就要掉下,再再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,Q,由于有速度而可以对外做功由于有速度而可以对外做功,然后又然后又被磁

24、铁吸引回到上端被磁铁吸引回到上端,到小孔到小孔P P处又掉下。关于维尔金斯处又掉下。关于维尔金斯“永动机永动机”,正确的正确的认识应该是认识应该是()A.A.一定不可能实现一定不可能实现B.B.如果忽略斜面的摩擦如果忽略斜面的摩擦,维尔金斯维尔金斯“永动机永动机”一定可以实现一定可以实现C.C.如果忽略斜面的摩擦如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小铁球质量较小,磁铁磁性又较强磁铁磁性又较强,则则维维尔尔金斯金斯“永动机永动机”可以实现可以实现D.D.违背能量守恒定律违背能量守恒定律ADAD小试牛刀5 5、如图所示、如图所示,有人设计了这样一台有人设计了这样一台“永动机永动机”:距地面一定高度架设一

25、距地面一定高度架设一个水槽个水槽,水从槽底的管中流出水从槽底的管中流出,冲击一个水轮机冲击一个水轮机,水轮机的轴上安装一个水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去,这样循环这样循环不已不已,机器不停地转动机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下一下,高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能,说明这个机器是否能说明这个机器是否能够永远运动下去。够永远运动下去。小试牛刀解析：解析：取取顶顶部部水水槽槽中中流流出出的的

26、水水为为研研究究对对象象,在在其其从从顶顶部部水水槽槽中中流流出出至至底底部部水水槽槽的的过过程程中中,它它的的重重力力势势能能一一部部分分转转化化为为自自身身的的动动能能,一一部部分分转转化化为为水水轮轮机机、抽抽水水机机、砂砂轮轮的的动动能能,一一部部分分转转化化为为砂砂轮轮和和工工件件的的内内能能,还还有有一一部部分分转转化化为为抽抽水水机机抽抽上上的的水水的的重重力力势势能能。由由能能的的转转化化和和守守恒恒定定律律知知,抽抽水水机机抽抽上上的的水水的的重重力力势势能能必必然然小小于于流流下下的的水水的的重重力力势势能能,如如果果上上抽抽的的水水管管的的横横截截面面积积大大于于或或等等

27、于于下下流流的的水水管管的的横横截截面面积积,则则根根本本不不可可能能将将底底部部水水槽槽中中的的水水抽抽至至顶顶部部水水槽槽,即即使使上上抽抽水水管管的的横横截截面面积积小小于于下下流流水水管管的的横横截截面面积积也也不不一一定定能能将将水水抽抽上上去去,如如果果上上抽抽水水管管比比下下流流水水管管细细很很多多且且能能够够将将底底部部水水槽槽中中的的水水抽抽至至顶顶部部水水槽槽,则则相相等等时时间间里里抽抽上上去去的的水水也也要要比比流流下下的的水水的的质质量量小小得得多多,最最后后顶顶部部水水槽槽中中的的水水很很快快就会流光。就会流光。小试牛刀6、如图所示，直立的绝热容器内部有被隔板隔开的

28、如图所示，直立的绝热容器内部有被隔板隔开的A和和B两部分气体，两部分气体，A的密度较小，的密度较小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收的热量为均匀混合，设在此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能增量为气体内能增量为U，则则()A.U=QB.UQ D.无法比较无法比较B B小试牛刀7、在一个标准大气压下，水在沸腾时，、在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水由液态变成同温度的水蒸气，其体积由的水蒸气，其体积由1.043 cm3变为变为1676 cm3。在物理学中，单位质。在物理学中，单位质量

29、的物质在一定温度下从液态变成气态时，所吸收的热量叫作汽化量的物质在一定温度下从液态变成气态时，所吸收的热量叫作汽化热。已知水的汽化热为热。已知水的汽化热为2263.8 J/g。一个标准大气压。一个标准大气压p1.013105 Pa。求求1 g水在沸腾汽化的过程中：水在沸腾汽化的过程中：(1)体积膨胀时对外界做的功体积膨胀时对外界做的功W；(2)吸收的热量吸收的热量Q；(3)增加的内能增加的内能U。小试牛刀小试牛刀解析取解析取1 g水为研究系统，把大气视为外界。水为研究系统，把大气视为外界。(1)等压等压(大气压大气压)膨胀时对外界做的功：膨胀时对外界做的功：Wp(V2V1)1.013105(16761.043)106 J169.7 J。(2)吸收的热量：吸收的热量：QmL12263.8 J2263.8 J。(3)根据热力学第一定律，增加的内能：根据热力学第一定律，增加的内能：UQ(W)2263.8 J(169.7 J)2094.1 J。第第2 2节节 热力学第一定律热力学第一定律人教版 选择性必修第三册