B能的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律

1、 /3第七章B能的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律由于存在空氣，任何擺動(dòng)著的物體與空氣摩擦，機(jī)械能將會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為物體及空氣的內(nèi)能。最后，機(jī)械能消失，擺動(dòng)停止。但是，如圖7-10所示的一種叫做“動(dòng)態(tài)雕塑”的擺設(shè)，小球和框架會(huì)變換著姿態(tài)不停地?cái)[動(dòng)！這是什么原因呢？當(dāng)我們打開它的底座，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的奧妙！在它的底座內(nèi)裝有一塊電磁鐵，電源通過電磁鐵與鐵制小球的作用，將能量不斷地提供給小球，補(bǔ)充因摩擦而損耗的機(jī)械能。拆去電池后，小球和框架擺動(dòng)幾下后就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。自然界的一切生命運(yùn)動(dòng)的維持同樣需要能量。圖7-11所示是一種肉食性植物，它不僅能像大多數(shù)植物一樣通過光合作用利用來(lái)自太陽(yáng)的能量，還可以靠捕食昆蟲來(lái)補(bǔ)充能量。1

2、9世紀(jì)中葉，邁爾、焦耳和亥姆霍茲等科學(xué)家在分析了各種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，向人們揭示了各種能在相互轉(zhuǎn)化過程中所遵循的基本規(guī)律。圖7-10圖7-11自然界物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有許多不同的形式，每種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象中有內(nèi)能。此外，還有電能、磁能、化學(xué)能、核能等。各種形式的能又是可以相互轉(zhuǎn)化的。不同運(yùn)動(dòng)形式具有不同的特性以及不同的規(guī)律性，這反映了它們的差異性；但是不同形式的運(yùn)動(dòng)都具有能，而這些能又是可以相互轉(zhuǎn)化的，這反映了它們的統(tǒng)一性。1能的形式能以多種形式存在于自然界，每一種形式的能對(duì)應(yīng)于一種運(yùn)動(dòng)形式各種形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的。大家談?wù)埬阒赋鰣D7-12表

3、現(xiàn)的對(duì)象所對(duì)應(yīng)的能的形式，并談?wù)勀闼赖钠渌问降哪軋D7-12下面我們一起來(lái)研究各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的問題自主活動(dòng)圖7-13中用箭頭標(biāo)出了各種能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，請(qǐng)你列舉其中三個(gè)事例，說明它們是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的？圖7-13能量在相互轉(zhuǎn)化的過程中遵循怎樣的規(guī)律？19世紀(jì)中葉，焦耳通過實(shí)驗(yàn)證明，做一定量的機(jī)械功，即消耗一定量的機(jī)械能，總會(huì)得到等量的內(nèi)能，從而首先揭示了在機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的過程中，總能量是守恒的。不僅如此，他還通過給電阻絲通電使隔熱容器里的水的溫度升高的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示出在電能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程中，總能量也是守恒的。在此基礎(chǔ)上，焦耳及其他一些物理學(xué)家又將這個(gè)觀念進(jìn)一步推廣，認(rèn)為在

4、任何形式能的轉(zhuǎn)化過程中，能量并不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消失，總的能量都是保持不變的。2.能量守恒定律（lawofconservationofenegy能量既不能創(chuàng)生，也不能消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，其總量不變。這就是能量守恒定律。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到，任何機(jī)器或裝置只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無(wú)中生有地創(chuàng)造能量。這為人們開發(fā)和利用能指明了方向。為了有效地利用能，重要的是發(fā)現(xiàn)能的轉(zhuǎn)化新途徑，提高能的轉(zhuǎn)化效率。18世紀(jì)中葉，英國(guó)發(fā)明家瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，大大提高了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，為此引發(fā)了第一次工業(yè)革命，使

5、社會(huì)發(fā)生了深刻變化。能量守恒定律是人類經(jīng)過長(zhǎng)期探索而確立的、普遍適用的基本規(guī)律。恩格斯曾經(jīng)把這一定律稱為“偉大的運(yùn)動(dòng)定律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。能量守恒定律把不同的自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系了起來(lái)，自從它被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就成為人們認(rèn)識(shí)自然利用自然的有力武器。我們能制造出不消耗能量的“永動(dòng)機(jī)”嗎？歷史上曾有不少人都想設(shè)計(jì)一種機(jī)器，他們希望這種機(jī)器不消耗任何能量和燃料，卻能源源不斷地對(duì)外做功，這種機(jī)器被稱為“永動(dòng)機(jī)”。圖7-14是一個(gè)“永動(dòng)機(jī)”的設(shè)計(jì)方案。輪子中央有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，輪子邊緣安裝著12個(gè)可活動(dòng)的短桿，每個(gè)短桿的一端裝有一個(gè)鐵球。方案的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，右邊的球比左邊的球離軸遠(yuǎn)些，因此，右邊的球的重力與力臂的乘積要比左邊的球的重力與力臂的乘積大。這樣輪子就會(huì)永無(wú)休止地沿著箭頭所指的方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去，并且?guī)?dòng)機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。你認(rèn)為它真會(huì)那樣嗎？圖7-14我們仔細(xì)分析一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然右邊每個(gè)球的重力與力臂的乘積大，但是球的個(gè)數(shù)少，左邊每個(gè)球的重力與力臂的乘積雖