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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第三章 第三节 能量守恒定律（41张ppt）

上传时间: 2014-08-17

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 第三节　能量守恒定律

热力学基础
1．理解能量守恒定律及其重要意义．
2．知道第一类永动机不可能成功的原因．
3．会用能量守恒定律的观点分析解决有关问题．
刀具在砂轮上磨削时，刀具发热是因为通过摩擦力做功，机械能转化为内能．在暖气片上放有一瓶冷水，过一段时间后水变热，这是通过热量传递使这瓶水内能增加．这些实例中，物体的内能为什么增加了？是凭空产生的还是由其他形式能转化来的？能的转化过程中数量之间有什么关系？
1．能量守恒定律：能量既不会凭空______，也不会凭空____，它只能从一种形式____为另一种形式，或从一个物体____到别的物体；在转化和转移的过程中其____保持不变．
2．_____________________________________的机器称为第一类永动机．第一类永动机因为违背____________，所以是______制成的．
产生
消失　                                转化
转移　                                                                总量
不需要任何动力或燃料却能不断对外做功
能量守恒定律
不可能
能量守恒定律
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种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．能量守恒定律的理解．
(1)不同形式的能量之间可相互转化．
①自然界中能量存在的形式是多样的．
做机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等．
②不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化．
a．电炉取暖：电能→内能
b．煤燃烧：化学能→内能
c．炽热的灯丝发光：内能→光能
③其他形式的能彼此之间都可以相互转化．
(2)对能量守恒可从以下两方面理解：
a．某种形式的能减小，一定有其它形式的能增大，且增大量和减小量相等．
b．某个物体的能量减小，一定有其它物体的能量增大，且增大量和减小量也相等．
3．能量守恒定律具有重要的意义．
能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一．能量的转化与守恒是分析解决问题的一种极为重要的方法．能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一，是人类认识自然和改造自然的有力武器．能量守恒定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础．有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了．
             一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是(　　)
A．物体机械能不变，内能也不变
B．物体机械能减小，内能不变
C．物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小
D．物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变
解析：机械能的变化分析除重力以外的其它力做功，题中摩擦力做负功，所以总的机械能减小；而摩擦力做功机械能转化为内能，所以机械能减小，内能增大，A、B错误；据能量守恒定律就整个系统来说，机械能和内能的总量保持不变，C错误，D正确．
答案：D
1．假设在一个完全密封绝热的室内，放一台打开门的电冰箱，然后遥控接通电源，令电冰箱工作一段较长的时间后再遥控断开电源，等室内各处温度达到平衡时，室内气温与接通电源前相比(　　)
A．一定升高
B．一定降低
C．一定不变
D．可能升高，可能降低，也可能不变
解析：冰箱工作时，要给它输送电能，据能量守恒定律，消耗的电能，通过冰箱转化密封绝热的室内系统的内能，绝热的室内系统的内能比通电前大，温度升高， A正确．
答案：A 
第一类永动机是不可能造成的
第一类永动机是以前人们幻想的一种不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器．它违背了能量守恒定律，结果无一例外地归于失败．永动机的失败启示我们，人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
            (双选）文艺复兴时期意大利的达·芬奇(Leonardo da Vinci,1452－1519)设计如图所示的装置．他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不均衡的力矩作用下 
会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量．但实验结果却是否定的．达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的．下列有关的说法中正确的是(　　)
A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功
B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中能量的损耗，并给它一个初速度就能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功
C．右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功
D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以实现它永不停息的转动，在不消耗其它能量的基础上，而且还能源源不断地对外做功
解析：机器对外做功，就必须消耗能量，永动机违背了能量守恒定律，是不可能实现的．A、D错误，B、C正确．
答案：BC
2．下面设想符合能量守恒定律的是(　　)
A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器
B．做成一条船利用河水的能量逆水航行
C．通过太阳照射飞机使飞机起飞
D．不用任何燃料使河水升温  
解析：利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化电能再为转化飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能，另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确．
答案：A
1．下列现象中，只有能的转移而不发生能的转化的过程是(　　)
A．子弹从枪膛射出 
B．用电炉烧开水时，水温升高
C．电灯发光 
D．冬天用手摸户外的东西感到冷
解析：能的转移是指能量的形式不发生变化，只是从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体上；能的转化是指能量从一种形式转化成另一种形式．转移和转化可以同时发生，也可以单独发生．子弹从枪膛射出是火药的化学能转化为子弹的动能，电炉烧开水是电能转化为内能，电灯发光是电能转化为内能光能，A、B、C错误，D正确．
答案：D
2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(　　)
A．秋千的机械能守恒 
B．秋千的能量正在消失
C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
解析：秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，A错误；减少的机械能克服阻力、摩擦力等外力做功，转化为内能，能量总量不变，没有消失，B、C错误，D正确．
答案：D
3．第一类永动机是不可能制成的，这是因为它(　　)
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能的转化和守恒定律
C．做功时机械能无法转化为其它形式的能量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
解析：第一类永动机是以前人们幻想的一种不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器．它违背了能量守恒定律，是不可能制成的，B正确．
答案：B
4．关于能的转化与守恒定律的下列说法，错误的是(　　)
A．能量能从一种形式转化为另一种形式的能，但不能从一个物体转移到另一物体
B．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化
C．一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少
D．能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能存在的
解析：根据能量守恒定律的内容可知A选项说法错误，答案选A.
答案：A
5．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这过程中(　　)
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．机械能转化为内能，总能量守恒
D．机械能和内能之间没有转化
解析：汽车沿斜坡匀速下滑，重力热能减小，动能不变，总的机械能减小不守恒，因摩擦力做负功，减小的机械能转化为内能，A、B、D错误，根据能量守恒定律可知C正确．
答案：C
6．（双选）一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，未从木块中穿出．对于这一过程，下列说法中正确的是(　　)
A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹减少的动量等于木块增加的动量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与增加的内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块的内能增量之和 
解析：子弹击木块未穿出，它们之间摩擦生热，子弹减少的机械能一部分转化为子弹和木块的内能，A、C错误； A子弹木块系统合外力为零，动量守恒，能量也守恒，B、D正确．
答案：BD
7.如图所示，有两个同样的球，其中a球放在不导热的水平面上，b球用不导热的细线悬挂起来，若使a、b两球吸收相同的热量，则两球升高的温度(　　)
A．Δta>Δtb　　  　B．Δta<Δtb
C．Δta＝Δtb             D．无法比较
解析：两球受热后，体积都要膨胀，a球因球的重心稍微升高，克服重力做功而耗费一部分热量，用来提高球体温度的热量小于吸收的热量； b球因球的重心稍微降低，一部分重力势能转化为内能，用来提高球体温度的热量大于吸收的热量．故a球升高的温度Δta小于b球升高的温度Δtb，B正确．
答案：B
8．一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离．若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时，小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于多少？滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能(指动能与重力势能之和)改变了多少？
解析：根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功(因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功)，因此ΔEk＝A－B＋C－D；根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔEp＝－C；滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE＝A－B－D
9．太阳直接射到地面上，在与光垂直的平面上，每平方米的功率约为140 W，若面积为2 m2，且与阳光垂直的某热水器内有10 kg的水，若水的初温为20 ℃，热效率为80%，需多长时间才能使水沸腾？[ c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
解析：时间t内太阳辐射到水面的能量为E＝P0S·t，
水吸收的能量为E′＝ηE＝80%P0S·t
又∵Q吸＝cmΔt，
且有Q吸＝E′
∴cmΔt＝80%P0St
即需15 000 s时间才能使水沸腾
答案：15 000 s
≈
10．如图所示，一颗质量为m＝10 g的子弹以水平速度v0＝200 m/s击穿一个静止的沙袋后，速度减小为v＝100 m/s，沙袋被击穿后，上升的最大高度为h＝0.2 m．取g＝10 m/s2.求：
(1)沙袋的质量M；
(2)这一过程中系统的内能增加了多少？
解析：(1)子弹与沙袋水平方向上系统外力为零，根据动量守恒定律得
mv0＝ mv＋Mv1                                                        ①
以沙袋原来所在的水平面为零势面，沙袋上升过程中机械能守恒有，
 
由①②式解得M＝0.5 kg； 
(2)子弹减小的机械能转化为沙袋的机械能和系统增加的内能，根据能量守恒定律得
解得E内＝149 J，
即系统的内能增加了149 J.
答案：(1)0.5 kg　(2)149 J
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