第三節(jié)能量守恒定律1．理解能量守恒定律及其重要意義．2．知道第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因．3．會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析解決有關(guān)問(wèn)題．有一種全自動(dòng)手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電池，卻能不停地走下去，這是不是一種永動(dòng)機(jī)？如果不是，你知道維持指針走動(dòng)的能量是從哪里來(lái)的嗎？你能設(shè)法驗(yàn)證嗎？提示：全自動(dòng)手表是通過(guò)一種機(jī)械裝置把人體活動(dòng)時(shí)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，連續(xù)地向外釋放，所以它不是永動(dòng)機(jī)．如果將這種手表長(zhǎng)時(shí)間放在一個(gè)無(wú)振動(dòng)的地方，不再有動(dòng)能向彈性勢(shì)能的積累，表就會(huì)停止走動(dòng)．一、能量守恒定律1．大量事實(shí)證明：各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中守恒．2．能量守恒定律：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)化成為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中其總量不變．3．能量守恒定律是自然界的一條普遍規(guī)律．恩格斯把這一定律和細(xì)胞學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的生物進(jìn)化論一起稱(chēng)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)．二、永動(dòng)機(jī)不可能制成1．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外做功的機(jī)器．2．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的設(shè)想由于違背了能量守恒定律，所以不可能制成．思考：圖中左邊為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電供給右邊的電風(fēng)扇，電風(fēng)扇把風(fēng)吹到發(fā)電機(jī)上發(fā)電，循環(huán)往復(fù)，不需要消耗其他能量風(fēng)扇就可以一直工作下去．在能源短缺的現(xiàn)在，這是多么美好的愿望??！同學(xué)們，這種愿望能實(shí)現(xiàn)嗎？提示：不能實(shí)現(xiàn)．一、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(chē)剎車(chē)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．恩格斯將能量守恒定律與細(xì)胞學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的生物進(jìn)化論并稱(chēng)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見(jiàn)．(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．(1)雖然功和能具有相同的單位，但兩者是完全不同的兩個(gè)概念．(2)能量守恒定律是自然界中普遍遵循的一種規(guī)律，是無(wú)條件的，而機(jī)械能守恒定律是有條件的．二、第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因永動(dòng)機(jī)的誘人前景，曾使許多人致力于永動(dòng)機(jī)的研究，但都以失敗告終．能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，任何一部機(jī)器，只要對(duì)外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，而不能無(wú)中生有地創(chuàng)造能量．不消耗能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器(第一類(lèi)永動(dòng)機(jī))是不可能制成的．類(lèi)型一能量守恒定律的應(yīng)用【例題1】(雙選)一帶電小球在空中由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，受重力、電場(chǎng)力和空氣阻力三個(gè)力的作用，若運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能增加3J，機(jī)械能增加0.5J，電場(chǎng)力做功1J，則小球()A．重力做功3JB．電勢(shì)能增加1JC．克服空氣阻力做功0.5JD．動(dòng)能減少2.5J解析：重力勢(shì)能的增加等于小球克服重力所做的功，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能應(yīng)減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤；除重力之外的力對(duì)小球做的功等于小球機(jī)械能的變化，故空氣阻力做的功為－0.5J，C項(xiàng)正確；因?yàn)楹狭ψ龅墓椋?.5J，根據(jù)動(dòng)能定理可知，小球動(dòng)能減少2.5J，D項(xiàng)正確．答案：CD題后反思：(1)熟練掌握功與能的關(guān)系是解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵．(2)對(duì)熱力學(xué)變化過(guò)程，要結(jié)合力做功理解不同形式的能之間的轉(zhuǎn)化．(3)能量守恒定律是自然界中普遍適用的規(guī)律，任何能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程都遵循此規(guī)律．類(lèi)型二能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的分析【例題2】(雙選)如圖所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一飛行子彈射入沙箱后合為一體，共同擺起一定高度，則下列有關(guān)能的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中正確的是()A．子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了沙箱和子彈的勢(shì)能B．子彈的動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化成了沙箱和子彈的勢(shì)能C．子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了沙箱和子彈的動(dòng)能D．子彈的動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化成了沙箱和子彈的內(nèi)能點(diǎn)撥：在子彈打入沙箱的過(guò)程中，由于打入一定深度，阻力做功，其結(jié)果是一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后由能量守恒定律分析判斷．解析：在子彈打入沙箱的過(guò)程中，沙箱對(duì)子彈的阻力使子彈動(dòng)能減少，同時(shí)子彈對(duì)沙箱的作用力使沙箱獲得動(dòng)能．而子彈打入沙箱有一定深度，阻力在此過(guò)程中使一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；之后，子彈和沙箱作為一個(gè)整體以某一初動(dòng)能升高，又變?yōu)橹亓?shì)能，由此可知，選項(xiàng)B、D正確．答案：BD題后反思：此題易錯(cuò)選A、C.原因是對(duì)過(guò)程分析不清，且對(duì)子彈打入沙箱的過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化不能進(jìn)行正確分析．在解答綜合性問(wèn)題時(shí)，切記分清物理過(guò)程，正確選用相關(guān)的規(guī)律和公式進(jìn)行解答．1一木塊在一不光滑的V形槽內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．機(jī)械能守恒B．能量正在消失C．只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化D．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒解析：木塊在滑動(dòng)過(guò)程中要克服摩擦阻力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒．答案：D2“第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，這是因?yàn)?)A．不符合機(jī)械能守恒定律B．違背了能量守恒定律C．做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量D．暫時(shí)找不到合理的設(shè)計(jì)方案和理想材料解析：第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背了能量守恒定律，任何設(shè)計(jì)永動(dòng)機(jī)的努力都是徒勞的．答案：B3要把質(zhì)量為103kg的衛(wèi)星發(fā)射到地球附近的圓形軌道上，如果燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量有1%轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能，則燃料質(zhì)量至少為多少？(地球半徑R＝6400km，燃料的燃燒值q＝6.4×107J/kg，g＝9.8m/s解析：衛(wèi)星在地球附近圓形軌道上的運(yùn)行速度v由m0g＝m0eq\f(v2,R)得v＝eq\r(Rg)①由題意得ηqm＝eq\f(1,2)m0v2②聯(lián)立①②式得m＝eq\f(m0Rg,2ηq)＝eq\f(103×6.4×106×9.8,2×0.01×6.4×107)kg＝4.9×104kg答案：4.9×104試說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況．(1)在水平公路上行駛的汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅之后，速度越來(lái)越小，最后停止．(2)用力蹬自行車(chē)上一個(gè)斜坡．(3)植物的光合作用．(4)用太陽(yáng)能電池作動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)在賽場(chǎng)上奔馳．(5)用柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，供給電動(dòng)水泵抽水，把水由低處抽到高處．解析：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅之后，速度減小，即機(jī)械能減少，速度減小的原因是汽車(chē)受到摩擦阻力的作用，此過(guò)程中將產(chǎn)生“熱”，即內(nèi)能．顯然此過(guò)程中為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(2)用力蹬自行車(chē)上坡時(shí)，感覺(jué)到疲勞即為消耗體能，化學(xué)能減少，此過(guò)程中高度升