資源簡介

(共27張PPT)
第四章 能源與可持續發展
4.1能量 能量守恒定律
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
拉長的橡皮筋
山巔的危石
運動的足球
西藏羊八井地熱池
食 物
太陽光
　　你能說出上面物體都具有什么形式的能量嗎？
新課導入
學習目標
1.了解能量的概念及能量的分類。
2.通過對生活中能量轉化的實例分析，理解能量守恒定律的確切含義。
3.學會用能量的觀點理解和處理問題。
對于由幾個物體組成的系統來說，系統的機械能守恒的條件是 ：只有重力或彈力做功。
這就是說，除了這些力做功以外，如果還有其他力做功，則該系統的機械能就不守恒。這里的其他力，可以分成兩類，一類是系統以外的物體對系統內物體的作用力，簡稱外力 ；另一類則是系統內的物體間除重力或彈力外的其他相互作用力，例如滑動摩擦力，簡稱為其他內力。
如果一個系統除重力或彈力以外，還有外力做功，系統的機械能就會發生變化 ：如果外力做正功，系統的機械能增加，反之則系統的機械能減少。如果一個系統除重力或彈力以外，還有其他內力（如滑動摩擦力）做功，由于一對相互作用的滑動摩擦力所做功之和一定是負值，因此系統的機械能會減少，同時有熱量產生（稱為摩擦生熱）。精確的研究證明，系統機械能的減少量等于所生成的熱量，也可以說減少的機械能轉化成了內能。
一、機械能的守恒與不守恒
二、能量的分類
1.人類對能量的認識
能量的概念是人類在對物質運動規律進行長期探索中建立起來的。所有自然現象都涉及能量，不同形式的運動都可以用能量來描述。
風能
水能
光能
電能
要用聯系的觀點去觀察自然，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統一起來描述。各種能量之間是可以相互轉化的。
電能與磁能的轉化
電能與內能的轉化
⑵各種形式的能量之間可以相互轉化
電和磁可以相互轉化
熱和電也可以相互轉化
在認識自然的進程中，科學家慢慢知道了要用聯系的觀點去觀察自然。
機械能的各種形式之間可以相互轉化
重力勢能與動能轉化
熱能與電能轉化
電能與磁能轉化
歷史上有很多“聰明”的人耗費大量的精力和時間，力圖發明一種不使用任何動力就能一直運轉并為人類做功的機器，也就是所謂的永動機。永動機的狂熱追隨者們無一例外都以失敗告終。這是為什么呢？其實很簡單，那是因為他們違背了一條自然界最基本的規律——能量守恒定律。
三、能量守恒定律
俄國化學家蓋斯：任何一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，放出的總熱量相同。表明一個系統（即參加化學反應的幾種物質）存在著一個與熱量相關的物理量，在一個確定的化學反應中這個量是不變的。
德國醫生邁爾通過比對不同地區人血顏色的差異，認識到食物中化學能與內能的等效性，即生物體內能量的輸入和輸出是平衡的。另外，他還通過海水在暴風雨中較熱的現象，猜想熱與機械運動的等效性。他在1841年和1842年連續寫出“論‘自然力’（指能量）守恒”的論文，并推算了多少熱與多少功相當。因此，邁爾是公認的第一個提出能量守恒思想的人。
人類對能量的認識過程，體現了科學前輩們對“守恒”這一科學思想的追尋。
焦耳的實驗精確地測量了做功與傳熱之間的等價關系，從而為能量守恒定律奠定了牢固的實驗基礎，也為能量守恒的定量描述邁出了重要的一步。
德國科學家亥姆霍茲在不了解邁爾和焦耳研究的情況下，從永動機不可能制成這一事實出發，考察了自然界不同的“力”（指能量）之間的相互關系，提出了“張力”（即勢能）與“活力”（即動能）的轉化。他還分析了在電磁現象和生物機體中能量的守恒問題。
1.內容
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。
能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然規律之一，它與細胞學說，進化論一起被恩格斯譽為十九世紀自然科學的三大發現。
E初=E末
2.意義
①自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。
③能量守恒定律適用于任何物理現象和物理過程。
機械運動———機械能
熱運動———內能
化學運動——化學能
電荷運動——電能
生物運動——生物能
原子核內部的運動——原子能
②不同形式的能量之間可以相互轉化。
3.說明
（1）熱力學第一定律揭示了功、熱量和內能的變化量的定量關系，同時也體現了功、熱量和物體內能的變化滿足一種守恒關系。因此熱力學第一定律也是能量守恒定律的一種具體情況。
（2）不同力做功對應著不同的能量轉化關系，能量的具體值沒有多大意義，多數情況下，我們更關心能量的變化量。功是能量變化的量度，即W = E，這也是應用能量守恒定律解題時常用的一種表達式。
4.能量守恒定律的深刻理解
四、永動機
1.永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。
（人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機）
2.歷史上的永動機：
螺旋永動機
達·芬奇
滾球永動機
馬爾基斯
軟臂永動機
19世紀設計
2.歷史上的永動機：
螺旋永動機
弗拉德
磁力永動機
泰斯尼爾斯
任何動力機械的作用都是把其他形式的能轉化為機械能。內燃機把燃料的化學能轉化為燃氣的內能然后再轉化為機械能，電動機把電能轉化為機械能......如果沒有燃料、電流或其他動力的輸入，能量從哪里來呢！
永動機的思想違背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
典例分析
1.下列有關能量的描述正確的是 (　　)
A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律
B.工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒
C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,動能消失,能量不守恒
D.同時做自由落體運動的物體,質量越大,勢能減少越快,機械能減少也越快
A
答案：A
解析：馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律,故A正確;工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,損失的電能轉化為內能,該過程能量仍守恒,故B錯誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,減小的動能轉化為內能,能量守恒,故C錯誤;同時做自由落體運動的物體,運動的快慢與質量無關,減少的勢能轉化為動能,機械能不變,故D錯誤。
典例分析
2．下列關于能量轉化的現象的說法中，正確的是（　　）
A．用太陽灶燒水是太陽能轉化為電能
B．電燈發光是電能轉化為光能
C．核電站發電是電能轉化為內能
D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動能轉化為內能
B
典例分析
3．某次蹦極時，跳躍者站在懸崖的平臺上，把一端固定的一根長長的橡皮條綁在踝關節處，然后兩臂伸開，雙腿并攏，頭朝下跳下去，仿若掉入無底洞，整個心臟仿佛要跳出，約5s時突然往上反彈，反復持續4-5次，定神一看，自己已安全懸掛于半空中。在人從跳出到靜止的過程中（　　）
A．只有動能和勢能的相互轉化，機械能的總量保持不變
B．減少的機械能轉化為其他形式的能，轉化過程中能的總量減少了
C．減少的機械能轉化為其他形式的能，轉化過程中能的總量是守恒的
D．其他形式的能轉化為機械能，轉化過程中能的總量增加
C
課堂練習
1．“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為（　　）
A．它不符合機械能守恒定律
B．它違背了能量守恒定律
C．它做功產生的熱不符合熱功當量
D．暫時找不到合理的設計方案和理想材料
B
課堂練習
2、植物進行光合作用的過程，是（ ）
A、光能轉化為化學能
B、內能轉化為化學能
C、化學能轉化為光能
D、光能轉化為內能
A
課堂練習
3．下面設想符合能量守恒定律的是（　　）
A．利用永久磁鐵間的作用力可以制造一臺永遠轉動的機器
B．做一條利用風能逆水航行的船
C．通過太陽照射使飛機起飛
D．不用任何燃料，河水就一定不能升溫
BC
課堂練習
4．下列關于能量守恒定律的認識正確的是（　 　）
A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加
B．某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
C．不需要任何外界的動力而持續對外做功的機械（第一類永動機）不可能制成
D．樹葉從空中落下，最后停止在地面上，說明能量消失了
ABC
課堂練習
5.(多選)約翰·維爾金斯設計了一種磁力“永動機”,如圖所示,在斜坡頂上放一塊強有力的磁鐵,斜坡上端有一個小孔,斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道。維爾金斯認為:如果在斜坡底端放一個小鐵球,那么由于磁鐵的吸引,小鐵球就會向上運動,當小球運動到小孔P處時,它就要掉下,再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以對外做功,然后又被磁鐵吸引回到上端,到小孔P處又掉下。關于維爾金斯“永動機”,正確的認識應該是(　 　)
A.一定不可能實現
B.如果忽略斜面的摩擦,維爾金斯“永動機”一定可以實現
C.如果忽略斜面的摩擦,鐵球質量較小,磁鐵磁性又較強,則維
爾金斯“永動機”可以實現
D.違背能量守恒定律
AD
課堂小結
能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。
1.能量守恒定律：
①自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。
②不同形式的能量之間可以相互轉化。
③能量守恒定律適用于任何物理現象和物理過程。
2.永動機不可能制成，違背了能量守恒定律。
感謝觀看
THANK YOU

展開更多......

收起↑