1、第三章热力学定律第3节能量守恒定律【素养目标】1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.2.知道第一类永动机是不可能制成的.【必备知识】知识点一、探索能量守恒定律的足迹(1)所有自然现象都涉及能量,人类的任何活动都离不开能量。(2)能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能等,不同形式的能量可以相互转化。知识点二、能量守恒定律(1)不同形式的能量之间可以相互转化自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。不同形式能量之间的转化
2、：“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等，这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。归纳小结：不同形式的能量之间可以相互转化，不论是什么形式和过程，都必须遵守能量守恒定律。(2)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中其总量不变。这就是能量守恒定律。(3)能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应：如物体做机械运动
3、具有机械能、分子运动物体具有内能等。某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。(4)能量守恒定律的重要意义第一，能量守恒定律是整个自然界中运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足于了解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系、互相转化的事实出发，去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。知识点三、永动机不可能制成(1)第一类永动机概念：不消耗能
4、量的机器。结果：无一例外地归于失败。原因：违背能量守恒定律。(2)永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。特别提示：能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他的形式，或者从一个物体转移到其他的物体，而不能无中生有地创造能量。不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的。【课堂检测】1一辆汽车正在平直的公路上以速度v匀速行驶，此时汽车的功率为P，已知汽车的总效率为，所使用的汽油的热值为q（每完全燃烧单位质量的燃料产生的热量叫热值），现油箱中还有质量为m的汽油，则汽车还能行驶多远？
5、（设汽车的质量为M）【答案】【详解】汽油完全燃烧放出的能量设汽车匀速行驶的距离为，则需要的能量而设汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为，则由动能定理知又汽车行驶的距离以上各式联立解得2某地强风的风速约为，设空气密度为，现有一横截面积的风车（风车车叶转动形成的圆面面积为），能利用该强风进行发电，并将其动能的转化为电能。（1）利用上述已知量计算发电功率的表达式；（2）发电功率大小约为多少？（保留一位有效数字）【答案】（1）；（2）【详解】（1）时间内吹到风车上的空气的质量这些空气的动能由题意知动能转化成的电能为所以发电功率（2）代入数据得【素养作业】1下列说法正确的是（）A气体吸收了热量，其温度一定
6、升高B第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律C对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显D晶体均有规则的几何形状【答案】B【详解】A由热力学第一定律，可知气体吸收热量，如果气体对外做功，内能可能减小，则其温度可能降低，故A错误；B做功的过程就是能量转化的过程，第一类永动机指的是不消耗能量就能做功的机器，因违反了能量守恒定律不可能造成，故B正确；C对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，故C错误；D晶体分为单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何形状，故D错误。故选B。2下列说法正确的是A能量耗散的说法与能量守恒定律是互相矛盾的B在轮胎爆裂这一
7、短暂过程中，气体膨胀，将势能转化为内能，温度升高C彩色液晶显示器利用了液晶的电学性质具有各向异性的特点D液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力【答案】D【详解】A能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，所以能量耗散与能量守恒不矛盾，故A错误；B在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功，而热传递很小，则根据热力学第一定律得知：轮胎内气体内能突然减小，温度降低。故B错误；C液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故C错误；D
8、由表面张力形成的原因可知，液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间的相互作用表现为引力，故D正确；3在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会（）A降低B不变C升高D无法判断【答案】C【详解】冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在绝热的密封舱中，冰箱门打开，整个房间内的热量应该是不变的，由于整个过程中只有电在做功，产生焦耳热，电能转化为内能，根据能量守恒可知室内温度升高了。故选C。4能源是社会发展的基础下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（ ）A能量是守恒的，能源是取之不尽用之不竭的B能量的耗散反映了能量是不守恒的C开发新能源,是缓解能源危机的重要途
9、径D对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”【答案】C【详解】A能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质并不是取之不尽用之不竭的，所以A项错误；B能量的耗散是一种形式能转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，所以B项错误；CD对能源的过度消耗将形成“能源危机”，自然界的能量不变，所以D项错误，C项正确。故选C。5为了探究能量转化和守恒，小明将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，两端分别固定在罐盖和罐底上，如图所示 让该装置从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，发现橡皮筋被卷紧了，接着铁罐居然能从B处自动滚了上去下列关于该装置能量转化的判断正确的
10、是A从A处滚到B处，主要是重力势能转化为动能B从A处滚到B处，主要是弹性势能转化为动能C从B处滚到最高处，主要是动能转化为重力势能D从B处滚到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能【答案】D【详解】试题分析：A、铁罐从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，A处与B处动能相同，重力势能减少，橡皮筋被卷紧了橡皮筋的弹性势能增加，即从A处滚到B处，主要是重力势能转化为弹性势能，A选项错误B、理由同A选项，B选项错误C、从B处滚到最高处，重力势能增加，橡皮筋的弹性势能减少，即橡皮筋的弹性势能转化为重力势能，C选项错误D、理由同C选项，D选项正确故选D6如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的
11、活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep（弹簧处在自然长度时的弹性势能为零）现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（ ）AEp全部转换为气体的内能BEp一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能CEp全部转换成活塞的重力势能和气体的内能DEp一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能【答案】D【解析】以活塞为研究对象，设气体压强为p1，活塞质量为m，横截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹mgp1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则由UW(绝热)W为正，U必为正，温度升高，内能增加，活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F弹mgp2S，仍然具有一部分弹性势能，故D正确ABC错误
