高中物理必修能量守恒定律和能源

关于高中物理必修能量守恒定律和能源第1页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六10.能量守恒定律与能源我们已经学过了好几种形式的能量了，那么到底如何定义能量呢？一.能量的概念一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。第2页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二.能量的多样性对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的．机械能对应机械运动，内能对应大量微观粒子的热运动…….我们知道能量的形式：机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、核能等．第3页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？讨论与思考：太阳能的利用：太阳能转化为电能第4页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。塔式太阳能热电站太阳能内能机械能电能第5页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，一部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。

打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升高１万—2万摄氏度。

雷电电能光能、声能、内能第6页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六光合作用

光能化学能zxxk第7页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六内燃机车：内能转化机械能第8页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六水电站：水的机械能转化为电能第9页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六水果电池：化学能转化为电能第10页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六三、能的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。四.功是能量转化的量度重力做功：重力势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化第11页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从机械能守恒定律。

当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否服从类似的规律呢？思考：学科网第12页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六内容提要一、能量守恒定律

1.能量守恒定律确立的依据（1）能量的转化与转移（2）永动机不可能制成

2.能量守恒定律的建立过程迈尔焦耳亥姆霍兹

3.能量守恒定律的内容

4.能量守恒定律的意义二、能源和能量耗散

1.能源的分类

2·能源与社会发展

3.为什么要节约能源（1）能源短缺（2）环境恶化（3）能量耗散

zxxk第13页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转化电动机电能机械能发电机机械能电能第14页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转化焦耳定律Q=IRt电能内能2电能光能、内能第15页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转化化学能内能机械能水能（动能、重力势能）电能第16页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转化水果电池化学能电能机械能内能第17页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋凉水动能：风帆船第18页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（1）能量的转化两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动，碰撞后粘在一块。并静止在地面上动能？动能内能第19页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（2）什么是永动机蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被称为永动机。

据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，他每天被迫干好多活，终于有一天，这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想：有没有一种机器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的话就太好了

据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个思想的火花在1200年前从印度出发，传到了伊斯兰教世界，并传到了西方。第20页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。一1（2）永动机的梦想学科网第21页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（2）永动机的梦想

上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？第22页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（2）永动机梦想的破灭

此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、电磁力、流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。第23页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六一1（2）永动机的启示

制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。第24页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

迈尔在1814年11月25日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。

2.能量守恒定律的建立过程迈尔1840到1841年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。迈尔(1814－1878)第25页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

1840年2月22日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而食物中含有化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热，维持人的体温。在热带高温情况下，人要维持体温，机体只需要吸收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为，热能、化学能、机械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。

第26页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六2.能量守恒定律的建立过程焦耳英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳（1818－1889）第27页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

1840年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，焦耳发现了电热之间的关系－焦耳定律。

焦耳从1840－1878年近40年的时间里，研究了电流的热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。第28页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

亥姆霍兹（1821—1894），德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院，并柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理

。2.能量守恒定律的建立过程亥姆霍兹第29页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六3、能量守恒定律的内容内容：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别的形式，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。理解：某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增加，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。

能量守恒定律的表达式

E初＝E终；△E增＝△E减第30页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六说明：a.该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线。b.要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。c.在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移。能量转移时能量的形式没有变，能量转化时能量的形式发生变化。第31页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

4、能量守恒定律的意义能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。第32页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六练习在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。第33页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六能源的分类能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源能源可分为常规能源和新能源两类常规能源：煤、石油和天然气等第34页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六新能源太阳能第35页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六新能源风能新疆达坂风力发电厂第36页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六新能源水能三峡水电站第37页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六新能源核能深圳大亚湾核电站第38页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六新能源西藏羊八井地热电站温泉地热能第39页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二2人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期出现年代：五六十万年前火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。第40页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二2人类对能源的利用经过了三个时期煤炭时期出现年代：2000年前蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。第41页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二2人类对能源的利用经过了三个时期石油时期出现年代：19世纪80年代内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。第42页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（1）能源短缺2004年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采41年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采231年。第43页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（2）环境恶化温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄两极冰山融化第44页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（2）环境恶化汽车的尾气第45页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（2）环境恶化化石燃料(煤和燃油)的燃烧

空中死神――酸雨

第46页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（2）环境恶化大气污染第47页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能。能量耗散第48页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六二3（3）能量耗散能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用变成不便于利用的了，这是能源危机更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。第49页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六质量为m的物体下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，空气阻力恒为f，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化。分析：根据动能定理，有

功能原理介绍：第50页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面，有：由以上两式可以得到：第51页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六当WG外＞0时，△E＞0，机械能增加当WG外＜0时，△E＜0，机械能减少。除重力(弹力)外，其他外力对物体对所做的总功WG外等于物体机械能的变化量△E

。功能原理第52页，共74页，2022年，5月20日，17点30分，星期六

系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等