2018~2019学年高中物理第三章热力学第一定律第三节能量守恒定律讲义(含解析)粤教版

能量守恒定律

1．不同形式的能之间可以相互转化，例如，电流通过导体时，电能转化为内能，燃料燃烧时，化学能转化为内能，炽热的灯丝发光，内能转化为光能。

2．各种形式的能相互转化过程中守恒，能量守恒定律的内容为：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；在转化和转移过程中其总量不变。

3．能量守恒定律是自然界中的一条普遍规律，恩格斯把这一定律称为“伟大的运动基本定律”，并把这一定律和细胞学说、达尔文的生物进化论称为19世纪自然科学的三大发现。

4．第一类永动机是指不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器，它不可能造成的原因是违背了能量守恒定律。

5．能量守恒定律的发现在物理学理论的发展上使经典物理学从经验科学发展成完整的理论科学，在哲学上为辩证唯物主义自然观提供了自然科学基础，揭示了自然界中各种不同的运动形式是相互联系的，且在转化过程数量上保持守恒。所以，能量守恒定律论证了物质运动的不灭性和统一性。

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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其总量不变。

2．对能量守恒定律的理解

(1)能量的存在形式及相互转化

各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。

各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化

为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。

(2)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律。

(3)能量守恒定律的重要意义

①找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。

②突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法。

③能量守恒定律与细胞学说、达尔文的生物进化论并称19世纪自然科学中三大发现。

(1)在能量转化过程中，要正确理解能量转化的量度——功，能量转化是通过做功完成的。

(2)热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒的具体体现。

1．[多选]下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是( )

A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能

B．电灯发光是电能转化为光能

C．核电站发电是电能转化为内能

D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能

解析：选AB 核电站是核能转化为电能，生石灰使水温升高是化学能转化为内能，所以C、D错误；太阳灶烧水是利用太阳能给水加热。即太阳能转化为水的内能，所以A正确；电灯是将电能转化为光能的装置，所以B项正确。

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不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器。

2．第一类永动机不可能造成的原因分析

如果没有外界热源提供热量，由热力学第一定律有Q＝0，ΔU＝W，就是说如果系统的内能减少，则W<0，系统对外做功是要以内能的减少为代价的。如果不消耗内能，应有ΔU＝0，由热力学第一定律可知Q＝－W，这说明，要想源源不断地对外做功，物体必须从热源不断地吸取热量(Q>0)，因此，在无外界能量供给的前提下，这是不可能的。

能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，任何能量转化和转移过程都遵循此规律。第一类永动机违背了能量守恒定律，所以第一类永动机永远也不可能造成。

2．(江苏高考)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由 5 根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。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

B ．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

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

解析：选D 形状记忆合金从热水中吸收热量后，伸展划水时一部分热量转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D 项正确。

[例1] 如图所示，A 、B 是两个完全相同的铁球，初温相同。

A 放在绝热板上，

B 用绝热绳悬挂。现只让它们吸热，当它们升高

相

同的温度时，吸热分别为Q A 、Q B ，则( )

A ．Q A ＝Q B

B ．Q A

C ．Q A >Q B

D ．无法确定 [解析] A 、B 升高相同的温度，根据Q ＝cm Δt 可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A 的重心升高，重力势能增加，吸热Q A 一部分用于升温，一部分用于增加重力势能Δ

E P ，即Q A ＝Q ＋ΔE p ；B 的重心降低，重力势能减小，吸热Q B 和减少的重力势能ΔE p 共同用于升温，即Q ＝Q B ＋ΔE p ，显然Q A >Q B ，故C 选项正确。

[答案] C

[例2] 风沿水平方向以速度v 垂直吹向一直径为d 的风车叶轮上，设空气密度为ρ。假设风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h 的高度，效率为80%，求单位时间内最多可提升的水的质量。

[解析] 设时间t 内提升水的质量为M ，在时间t 内吹到风车上的空气质量为m 风，则： m 风＝vt πd 24 ρ

其动能E k 风＝12

m 风v 2 由能量守恒定律有E k 风×50%×80%＝Mgh

联立解得M t ＝πd 2v 3ρ20gh

， 即单位时间内提升水的质量为πd 2v 3

ρ20gh

。 [答案] πd 2v 3ρ20gh

1．[多选]下列设想中，符合能的转化和守恒的有( )

A ．利用永磁铁和软铁的作用，做一架机器永远地运动下去

B ．制造一架飞机，不带燃料，利用太阳能就能飞行

C ．做成一只船，利用水的流动，逆水行驶，不用其他力