人教版高中物理必修2 第7章机械能守恒定律 7-10能量守恒定律与能源

能量守恒定律与能源必修二第七章新课标版

二十一世纪，谁掌握了新能源，谁就掌握了整个世界！——韩方明(中国首席能源专家）能源能量守恒定律能量耗散能源转换永动机节约能源塔式太阳能热电站

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。太阳能内能机械能电能

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。电能光能、声能、内能光合作用光能化学能思考:

我们已经学习过，在只有重力和弹力做功的情形下，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。

那么，当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否也服从类似的规律呢？一1（1）能量的转化水果电池化学能→电能机械能→内能钻木取火一1（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→帆船帆船远航一1（2）什么是永动机

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。一1（2）永动机的梦想

上世纪20年代德国一个设计，这是一个能够永远运动下去的汽车，想想看这个永动机为什么不行？一1（2）永动机的梦想

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BFE

返回，复又被磁石吸引，

铁球就可以沿曲面轨道

连续运动下去。ACFEB这个设计能成功吗？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”。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。一2.能量守恒定律的建立过程 迈尔 1840到1841年初，德国的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。迈尔(1814－1878)一2.能量守恒定律的建立过程 焦耳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。

一2.能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹

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，并常在柏林大学旁听。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。一3.能量守恒定律的内容

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。 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。一4.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，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，是，是大自然普遍和谐性的一种表现形式。

机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。最普遍最重要最可靠自然规律之一二能源和能量耗散

1.能源分类能源：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。新能源：太阳能、风能、潮汐能、地热能我们人类使用能源的历史又是怎么样的呢？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。二2.人类对能源的利用经过了三个时期

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。煤炭时期出现年代：

2000年前二2.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。三3为什么要节约能源（1）能源短缺

2015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186.9万亿立方米，仅

供开采52.8年。世界煤炭探明储量只能满足目前生产和生活水平114年的全球需要。（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

“我觉得，地球上60亿人都应该向我们说抱歉。”

图瓦卢居民MitianaTrevor在斐济苏瓦接受广州日报记者采访时说50年之后，海水涨潮时图瓦卢这个国家将不会有任何一块土地能露在海面上。20年之后威尼斯将从地图上永远消失35年之后马尔代夫将沉睡在大海之下

50年之后南北极冰川减少90%

70年之后冰风暴席卷地球

100年之后，地球毁容。

全球几乎有一半的城市将会在50年内被海水淹没，而深圳，广州，上海，天津，福州......

东京，夏威夷，包括澳大利亚黄金海岸在内的所有海岸线将会全面缩短！

二3（2）环境恶化汽车的尾气二3（2）环境恶化空中死神――酸雨化石燃料

(煤和燃油)

的燃烧二3（2）环境恶化大气污染

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

环境的内能而散失掉。能量耗散二3（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。这说明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．

能量转化和转移的方向性内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发的由低温物体向高温物体转移能量转化和转移的方向性机械能可以全部转化为内能而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化意味着热机的效率不可能达到1000/0

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。正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．

通过以上分析我们知道了：节约能源，刻不容缓返回新能源太

阳

能返回新能源新

疆

达

坂

风

力

发

电

厂风

能返回新能源深

圳

大

亚

湾

核

电

站核

能返回新能源西藏羊八井地热电站温泉 地热能返回一、能量守恒定律

1.能量守恒定律建立的依据

（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）能量耗散作业：创新设计小结：能量守恒定律与能源课堂小训本课到此结束，谢谢化学能转化为内能风的机械能转移到帆船上内能由火炉转移给水电能转化为光能光能转化为化学能机械能转化为内能例1、指出下列现象中能量的转化或转移情况：（1）人在跑步时，身体发热（）（2）风吹动帆船前进（）（3）放在火炉旁的冷水变热（）（4）电流通过灯泡，灯泡发光（）（5）植物进行光合作用（）（6）用毛巾反复擦背，感觉后背热了（）小试牛刀返回例2、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是

A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

B.某个物体的能量减少．必然有其他物体的能量增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的

D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了注意：

能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒。在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移。

既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？返回例3、下列说法中正确的是

A.不同形式能量的转化是通过做功来实现的

B.做功的过程总是伴随着能量的转化（或转移）

C.某种形式的能量增加10J，一定有其他形式的能量减少10JD.某个物体的能量减少10J，一定有其他物体的能量增加10J返回

例4、在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开，室内空气温度将

A．升高．

B．不变．

C．降低

D．不可能升高．返回

例5、近年来，在公交车和出租车中推行用天然气代替汽油作燃料的改革，取得了显著的进展，走上街头你会发现不少公交车和出租车上印有“CNG”的标记，代表它们是以天然气作为燃料的汽车则推广这一改革的主要目的是A．延长发动机的寿命B．促进地方经济和西部发展C．减少大气污染D．节约能源返回

例6、一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是

A、物体机械能不变，内能也不变

B、物体机械能减小，内能不变

C、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量