3.2能量守恒定律及其應(yīng)用課件-高二下學(xué)期物理粵教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

1、第二節(jié) 能量守恒定律及其應(yīng)用高二年級(jí)粵教版物理選擇性必修三第三章熱力學(xué)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）理解能量守恒定律及其重要意義，知道第一類永動(dòng)機(jī)不可能成功的原因。（2）了解能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。（3）會(huì)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)分析解決有關(guān)問題。熱力學(xué)第一定律 做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式，通過做功和熱傳遞提供給一個(gè)物體多少能量，這個(gè)物體內(nèi)能就改變多少，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中守恒。U=Q+W物理量符號(hào)意義符號(hào)意義W+外界對(duì)物體做正功外界對(duì)物體做負(fù)功Q+物體吸收熱量物體放出熱量U+內(nèi)能增加內(nèi)能減少 物體內(nèi)能增加量U等于物體吸收的熱量Q和外界

2、對(duì)物體做的功W之和，即：物體對(duì)外界做功 遂明國(guó)不識(shí)四時(shí)晝夜，有火樹名遂木，屈盤萬(wàn)頃。后世有圣人，游日月之外，至於其國(guó)，息此樹下。有鳥若鸮，啄樹則燦然火出。圣人感焉，因用小枝鉆火，號(hào)燧人。燧人鉆木取火 遂明國(guó)不識(shí)四時(shí)晝夜，有火樹名遂木，屈盤萬(wàn)頃。后世有圣人，游日月之外，至於其國(guó)，息此樹下。有鳥若鸮，啄樹則燦然火出。圣人感焉，因用小枝鉆火，號(hào)燧人。燧人鉆木取火鉆木取火，摩擦生熱，引燃火絨。機(jī)械能內(nèi)能做功不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能機(jī)械能內(nèi)能工作中的內(nèi)燃機(jī)不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能 電熱毯是一種接觸式電暖器具，通電時(shí)即發(fā)出熱量。電能內(nèi)能不同形式的能量可以

3、相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能 太陽(yáng)能發(fā)電站光能電能不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能太陽(yáng)灶燒水光能內(nèi)能不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能工作中的白熾燈泡電能內(nèi)能光能不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能 木材燃燒化學(xué)能內(nèi)能光能不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化光能機(jī)械能內(nèi)能電能化學(xué)能【實(shí)踐與拓展】找出家里涉及能量轉(zhuǎn)化的裝置，用它們的照片或示意圖做成一張海報(bào)，在上面標(biāo)出涉及的能量轉(zhuǎn)化情況。能量在不同物體間轉(zhuǎn)移滾燙的雞蛋放入涼水中冷卻帆船乘風(fēng)航行能量守恒定律 大量事實(shí)證明，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消

4、失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。說(shuō)明：(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。(2)某一物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。 能量守恒定律 大量事實(shí)證明，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。 熱力學(xué)第一定律實(shí)際上就是內(nèi)能與其他形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律。 機(jī)械能守恒定律體現(xiàn)了特定條件下在機(jī)械能范疇的能量守恒

5、。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 能量守恒定律是自然界中最為普遍的規(guī)律之一，把物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)等學(xué)科廣泛地聯(lián)系起來(lái)，使從事不同性質(zhì)工作的科學(xué)工作者具有共同的語(yǔ)言。能量守恒思想不是一蹴而就的，在科學(xué)史上，人們真正以“能量”的觀念來(lái)探索各種運(yùn)動(dòng)形式本質(zhì)的過程卻是非常曲折的。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的奠基人：德國(guó)醫(yī)生邁耶(J.R.Mayer，1814-1978)、英國(guó)物理學(xué)家焦耳和德國(guó)科學(xué)家亥姆霍茲(H.Helmholtz,1821-1894)。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 德國(guó)醫(yī)生邁耶通過比對(duì)不同地區(qū)人血顏色的差異，認(rèn)識(shí)到食物中化學(xué)能與內(nèi)能的等效性，即生物體內(nèi)能量的輸入和輸出是平衡的。 另外，他還通過海水在

6、暴風(fēng)雨中較熱的現(xiàn)象，猜想熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的等效性。 他在1841年和1842年連續(xù)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(dāng)。因此，邁耶是公認(rèn)的第一個(gè)提出能量守恒思想的人。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 焦耳通過實(shí)驗(yàn)精確地測(cè)量了做功與傳熱之間的等價(jià)關(guān)系，在焦耳研究功與熱等效性的許多實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)最具代表性。一個(gè)是讓重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升；另一個(gè)是通過電流的熱效應(yīng)給水加熱。焦耳的實(shí)驗(yàn)裝置與焦耳實(shí)驗(yàn)原理相同的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)【實(shí)驗(yàn)一】用絕熱性能良好的材料制作容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下落時(shí)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。

7、 多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明，盡管各次懸掛重物的質(zhì)量不同，下落的高度也不一樣，但只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。焦耳的實(shí)驗(yàn)裝置能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)【實(shí)驗(yàn)二】讓正在下降的重物帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。 多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于同一個(gè)絕熱的系統(tǒng)，不管通過電阻絲的電流或大或小、通電時(shí)間或長(zhǎng)或短，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)就發(fā)生了同樣的變化。與焦耳實(shí)驗(yàn)原理相同的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 焦耳的這些實(shí)驗(yàn)表明，在各種不同的絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1 變?yōu)闋顟B(tài)2，所需

8、外界做功的數(shù)量是相同的。做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)1、2 決定，而與做功的方式無(wú)關(guān)。焦耳的實(shí)驗(yàn)裝置與焦耳實(shí)驗(yàn)原理相同的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 德國(guó)科學(xué)家亥姆霍茲在不了解邁耶和焦耳研究的情況下，從永動(dòng)機(jī)不可能制成這一事實(shí)出發(fā)，考察了自然界不同的“力”（指能量）之間的相互關(guān)系，提出了“張力”（即勢(shì)能）與“活力”（即動(dòng)能）的轉(zhuǎn)化。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機(jī)體中能量的守恒問題。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律于1860年前后得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。1.全部自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)；2.它是自然界的一條普遍規(guī)律；3.一切違背能量守恒定律的觀點(diǎn)，都被實(shí)踐證明是錯(cuò)誤的； 恩格斯把這一定律稱為偉

9、大的運(yùn)動(dòng)基本定律，并把它與細(xì)胞學(xué)說(shuō)、生物進(jìn)化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成 歷史上，人們?cè)孟胫圃煲环N機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外做功，這種機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。如圖所示是一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”的構(gòu)想圖，其設(shè)計(jì)思想如下：在水輪上方的水箱內(nèi)裝入一定量的水，水流下時(shí)沖動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪通過皮帶帶動(dòng)抽水機(jī)不斷地把水從下方的水池中抽到上方水箱中，這樣，水不停的循環(huán)，水輪機(jī)將永久地轉(zhuǎn)動(dòng)下去，可能嗎?不可能永久地轉(zhuǎn)動(dòng)下去! 更不可能有額外的能量永久地對(duì)外做功。停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水都在下方的水池中。第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成 歷史上，人們?cè)孟胫圃煲环N機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外

10、做功，這種機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。這表明，物體對(duì)外做功(W0)是必須以減少內(nèi)能(U0)，才能對(duì)外做功(WW, 該廣告為虛假?gòu)V告?！纠}2】試說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。(1)在水平公路上行駛的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之后，汽車速度越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。(2)火藥爆炸產(chǎn)生燃?xì)猓訌椩谌細(xì)獾耐苿?dòng)下從槍膛發(fā)射出去，射穿一鋼板后速度迅速減慢。(3)用柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，供給電動(dòng)水泵抽水，把水從低處抽到高處。(4)一個(gè)球掉到地上后又彈起來(lái)，球彈起的高度一次比一次低，最后靜止在地面上。機(jī)械能內(nèi)能化學(xué)能內(nèi)能內(nèi)能機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)能化學(xué)能內(nèi)能機(jī)械能電能電能機(jī)械能重力勢(shì)能動(dòng)能重力勢(shì)能機(jī)械能內(nèi)能課堂小結(jié)1.能量守恒定律

11、：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。2.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，不可能制成。問題一：有人說(shuō)，第一類永動(dòng)機(jī)不能制成，是因?yàn)檎也坏胶线m的材料和合理的設(shè)計(jì)方案。你怎么看待這種說(shuō)法?答：這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。第一類永動(dòng)機(jī)是指不需要消耗任何能量就能對(duì)外做功的機(jī)器，因此第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成不是找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案的問題，而是它不符合自然界中的能量守恒定律。第一類永動(dòng)機(jī)概念：不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外做功的機(jī)器。結(jié)果：無(wú)一例外地歸于失敗。原因：違背了能量守恒定律。問題二：有一物理研究小組計(jì)劃

12、通過實(shí)驗(yàn)和查閱資料估算太陽(yáng)輻射的功率。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，陽(yáng)光直射時(shí)，地球表面每平方厘米每秒鐘獲得的能量為0.07J；通過查閱資料得知，射到大氣頂層的太陽(yáng)能只有45%到達(dá)地面，另外55%被大氣吸收和反射而未到達(dá)地面。你認(rèn)為該小組能估算出太陽(yáng)輻射的功率嗎? 是否還需要其他數(shù)據(jù)。答: 該小組能估算出太陽(yáng)的輻射功率，但需要知道日地之間的距離r。解析：太陽(yáng)輻射面是以太陽(yáng)為球心、日地距離r為半徑的球面，如果知道日地距離r，則可估算太陽(yáng)輻射的功率。則太陽(yáng)輻射的功率查閱資料可知r=1.5 1013cmr令太陽(yáng)的輻射功率為P問題三：設(shè)想在一間與外界絕熱的房間里，僅有一臺(tái)正在工作的電冰箱，如果電冰箱的門是開著的，那么

13、室內(nèi)的溫度會(huì)降低嗎?答：室內(nèi)溫度不但不會(huì)降低，還會(huì)升高。解析：從能量守恒定律我們知道，某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。某一物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。電冰箱工作時(shí)需要消耗電能，消耗的電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，釋放在房間里，因?yàn)榉块g絕熱，室內(nèi)溫度不但不會(huì)降低，還會(huì)升高。 利用能量守恒定律解題必須認(rèn)真分析能量的轉(zhuǎn)化方向，理清能量轉(zhuǎn)化前后的數(shù)量關(guān)系。問題四：有人說(shuō)，從能量守恒定律的角度可判定“能源危機(jī)”不存在，無(wú)需節(jié)約能源。你怎么看待這種說(shuō)法?解析：能量守恒定律明確了能量的守恒性。我們?cè)谀芰哭D(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中利用能量，并不會(huì)使能的總量減少。 在各種各樣利用能量的活動(dòng)中，機(jī)械能、電能、光能、聲能