《高二物理备课导学案（人教版2019选择性必修第三册）》3.3 能量守恒定律（解析版）

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第 3 节　能量守恒定律

【知识梳理与方法突破】

能量守恒定律与永动机不可能制成

1.能量守恒定律的理解

（1）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，还有电磁能、化学能、原

子能等。

（2）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

的燃烧，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。

（3）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，必须是只有重力或系统

内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵

守的基本规律。

2.能量守恒定律的意义

（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能量规律联系起来，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。能量守恒定律与电子的

发现、达尔文的进化论并称 19 世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见。

（3）具有重大实践意义，彻底粉碎了永动机的幻想。

3.永动机失败的原因分析

如果没有外界热源供给热量，则有

U2−U1=W

，就是说，永动机对外做功，则

W<0

，那么一定有

U2<U1

，

即系统内能减少，所以系统对外做功是要以内能减少为代价的。若想源源不断地做功，就必须使系统不断

回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的。

4.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，永动机失败为能量守恒定律的建立从反面提供了证据。

【例】下列说法中错误的是（　　）

A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化

B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律

C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器

D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形

式的能量，而能的总量保持不变

【答案】A

【详解】各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定

遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，BCD 正确，不符合题意。

【针对训练】A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃

泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插人水银槽中（插入过程没

有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确

的是

A．A中水银的内能增量大于 B中水银的内能增量

B．B中水银的内能增量大于 A中水银的内能增量

C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同

D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同

【答案】B

【详解】选B.由于水银与外界没有热交换，大气压力对水银做功，一部分转化为水银的重力势能，一部分

转化为水银的内能，两种情况下管中进入的水银量相等，故大气将槽中水银面向下压的距离相等，因此大

气压力做功相等，图A管中水银的重力势能比图B的大，因此 A中水银的内能增量比 B中小，B正确．

【对点检测】

1．如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关

闭闸门（如图甲），落潮时，开闸放水发电（如图乙）。设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0

m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ

海水

＝1.0×103

kg/m3，g取10 m/s2）（　　）

A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW

【答案】B

【详解】利用潮汐发电，就是水的重力势能转化为电能，水能转化电能的效率是10%，一次涨潮，退潮后

水坝内水的势能增加 W

水

=G△h=mg△h=ρ

水

Vg△h=ρ

水

Shg△h=ρ

水

Sgh△h

△h为水的重心下降的高度，即△h=1.5m 则水的势能可转变为电能 W

电

水

×10%=ρ

水

Sgh△h×10%=1.0×103kg/m3×5.0×108m2×10N/kg×3m×（1.5m）×0.1J

=2.25×1012J每天 2次涨潮，则该电站一天能发电 4.5×1012J，所以每天的平均功率为P=

=5.2×104kW

故ACD 错误，B正确。故选 B。

2．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是

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