【课件】能量守恒定律 课件 -人教版（2019）选择性必修第三册

3.3能量守恒定律让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复。这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗?一、探索能量守恒的足迹人类对能量的认识时间科学家研究成果1798

年伦福德热的本质是运动1820

年奥斯特电流的磁效应1821

年赛贝克温差电现象1831

年法拉第电磁感应现象人类对能量的认识时间科学家研究成果1836

年盖斯化学反应放出的热量与反应步骤无关1841

年焦耳电流的热效应1842

年迈尔表述了能量守恒定律1843

年焦耳测定做功与传热的关系1847

年亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律能量守恒观念的形成能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。从18世纪末到19世纪40年代，不同领域的科学家从不同角度都提出了能量守恒的思想，人类对于能量守恒的认识经历了一个由浅入深，由含糊到清晰的过程。①俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。这表明一个系统存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。②焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。③德国医生迈尔通过对比不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。④德国科学家亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。复习回顾：你还记得机械能守恒定律吗？二、能量守恒定律在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。在热力学领域内，做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。意义：能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯、把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一。对能量守恒定律的理解能量的存在形式及相互转化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，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。②各种形式的能，通过做功可以相互转化，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。对能量守恒定律的理解守恒条件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，它是一切自然现象都遵守的基本规律。讨论：17〜18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？历史上一种永动机的设计三、永动机不可能制成违背了能量守恒定律。①如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，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。②层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。讨论：回顾开始时的问题饮水小鸭是永动机吗？不是小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下