第三章-第三節(jié)-能量守恒定律(2019人教版選擇性必修第三冊(cè))

第3節(jié)能量守恒定律知識(shí)點(diǎn)歸納知識(shí)點(diǎn)一、能量守恒定律1．定律內(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)化為另一種形式，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(guò)程中其總量保持不變．2．對(duì)能量守恒定律的理解(1)能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(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．各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：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)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(méi)有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．(3)能量守恒定律的重要意義①找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用定量規(guī)律聯(lián)系起來(lái)，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性．②突破了人們關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性．能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問(wèn)題的重要思維方法．能量守恒定律與細(xì)胞學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見．③具有重大實(shí)踐意義，即徹底粉碎了永動(dòng)機(jī)的幻想．(4)能量守恒定律中的“轉(zhuǎn)化”和“轉(zhuǎn)移”①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．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．知識(shí)點(diǎn)二、永動(dòng)機(jī)不可能制成1．第一類永動(dòng)機(jī)人們把設(shè)想中的不消耗能量的機(jī)械叫做第一類永動(dòng)機(jī)，第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。2．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒(méi)有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說(shuō)，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(wú)外界能量供給的情況下，是不可能的。典例分析一、能量轉(zhuǎn)化例1行駛中的汽車制動(dòng)后滑動(dòng)一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量解析本題考查能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，考查學(xué)生的綜合分析能力，以及從若干不同現(xiàn)象中找出相同的規(guī)律的能力．這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程都受到阻力作用，汽車主要受制動(dòng)阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場(chǎng)阻力．因而物體都克服阻力做功，A項(xiàng)對(duì)．四個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D項(xiàng)對(duì)．答案AD二、能量守恒定律例2如圖所示，一個(gè)半徑為R0＝0.3m的半球狀容器，一小鐵塊由邊緣的A點(diǎn)從靜止開始沿內(nèi)壁下滑，當(dāng)滑到容器底部B點(diǎn)時(shí)，容器內(nèi)壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25倍，在它下滑的過(guò)程中熱量的80%被鐵塊吸收，那么鐵塊溫度升高多少攝氏度？鐵的比熱容是462J/(kg·℃)，g取10m/s2。解析由題意知，在最低點(diǎn)容器內(nèi)壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25倍FN－mg＝(1.25－1)mg＝0.25mg＝meq\f(v2,R)mv2＝0.25mgR＝0.75m根據(jù)能量守恒定律，內(nèi)能增加等于機(jī)械能損失ΔU＝ΔE＝mgR－eq\f(1,2)mv2＝3m－0.375m＝2.625mQ＝80%ΔU＝0.8×2.625m＝2.1mQ＝cmΔtΔt＝4.5×10－3℃。答案：4.5×10－3℃自我檢測(cè)1．至今為止，第一類永動(dòng)機(jī)從來(lái)沒(méi)有成功過(guò)，其原因是()A．機(jī)械制造的技術(shù)沒(méi)有過(guò)關(guān)B．違反了牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。答案D2．在光滑水平面上停放一木塊，一子彈水平射穿木塊．對(duì)此過(guò)程，下列說(shuō)法中正確的是()A．摩擦力(子彈與木塊間)對(duì)木塊做的功等于木塊動(dòng)能的增加量B．摩擦力對(duì)木塊做的功完全轉(zhuǎn)化為木塊的內(nèi)能C．子彈減少的機(jī)械能等于子彈與木塊增加的內(nèi)能D．子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與內(nèi)能之和解析對(duì)木塊由動(dòng)能定理可判斷出A項(xiàng)正確，子彈克服摩擦力做功而減少的機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為木塊、子彈的內(nèi)能和木塊的動(dòng)能，故B、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤，故選A項(xiàng)．答案A3．下列設(shè)想中，符合能的轉(zhuǎn)化和守恒的有()A．利用永磁鐵和軟鐵的作用，做一架機(jī)器永遠(yuǎn)地運(yùn)動(dòng)下去B．制造一架飛機(jī)，不帶燃料，利用太陽(yáng)能就能飛行C．做一只船，利用水的流動(dòng)，逆水行駛，不用其他力D．利用核動(dòng)力，使飛船駛離太陽(yáng)系解析由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成，A錯(cuò)誤；飛機(jī)利用太陽(yáng)能克服阻力做功，符合能量守恒定律，B正確；利用水的動(dòng)能使船逆水行駛，增加船的重力勢(shì)能無(wú)法實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化，C錯(cuò)誤；利用核能使飛船駛離太陽(yáng)系符合能量守恒定律，D正確。答案BD4．關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)B．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105J，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加1.5×105J，則空氣從外界吸熱0.5×105JC．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律D．一定質(zhì)量的氣體，如果保持溫度不變，體積越小，則壓強(qiáng)越大解析布朗運(yùn)動(dòng)是小顆粒的運(yùn)動(dòng)，只是間接反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，空氣向外界散熱0.5×105J的熱量，故選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的．第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，故選項(xiàng)C是正確的．一定質(zhì)量的氣體，在保持溫度不變的條件下，體積越小，氣體分子與容器壁碰撞的次數(shù)越多，故壓強(qiáng)越大，因此選項(xiàng)D是正確的．答案CD5.如圖，水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲．汽缸壁和隔板均絕熱．初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等．現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源．當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比()A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B．左右兩邊氣體溫度都升高C．左邊氣體壓強(qiáng)增大D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量解析通電后，右邊氣體吸收熱量，溫度升高，壓強(qiáng)增大，推動(dòng)隔板，對(duì)左邊氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知左邊氣體溫度升高，內(nèi)能增加，壓強(qiáng)變大，A錯(cuò)，B、C對(duì)．由于右邊氣體吸熱的同時(shí)，膨脹對(duì)左邊氣體做功，所以內(nèi)能的增加小于電熱絲放出的熱量，D錯(cuò)．答案BC6．據(jù)報(bào)道，科學(xué)家已經(jīng)研究出可以通過(guò)一定的科學(xué)方法，利用水制成汽油，并可大量投入使用。你如何看待這個(gè)問(wèn)題()A．成本低，收效高，可節(jié)約能源B．它將是一條致富的好出路C．它不符合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律D．該報(bào)道肯定是假新聞解析由題意可知將水制成汽油從能量角度來(lái)說(shuō)違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，C、D兩項(xiàng)正確。答案CD7．如圖所示，小孩下滑過(guò)程中，從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度可用下面三句話來(lái)概括①小孩克服摩擦做功，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能②小孩從滑梯上滑下時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能③小孩的臀部吸熱，內(nèi)能增加，溫度升高以下排序正確的是()A．①②③ B．②③①C．②①③ D．③②①解析小孩從高處由靜止滑下，重力做功，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小孩要克服摩擦，消耗機(jī)械能(動(dòng)能)轉(zhuǎn)化為熱能(內(nèi)能)，部分被小孩臀部吸收，溫度升高，故能量轉(zhuǎn)化順序?yàn)棰冖佗郏珻對(duì)，A、B、D錯(cuò)。答案C8．下列說(shuō)法正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的B．太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但是照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背能量守恒定律，因而是不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析永動(dòng)機(jī)是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對(duì)外做功的裝置。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)各種各樣的所謂永動(dòng)機(jī)的發(fā)明，結(jié)果都以失敗告終，原因就是違背了能量守恒定律。故A錯(cuò)誤；太陽(yáng)輻射大量的能量，地球只吸收了極小的一部分，就形成了風(fēng)云雨雪，使萬(wàn)物