第04章 能量守恒与热力学定律（课件2）-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（教科版选修3-3）

1 能量守恒定律的发现 第四章 能量守恒与热力学定律　 拉长的橡皮筋 　　各种能量 山巅的危石 运动的足球 西藏羊八井地热池 食 物 太阳光 一、能量形式与能量转化 各种形式的能可以互相转化 机械能转化为内能 机械能转化为电能 电能转化为机械能 电动机带动水泵把地下水送到地面 水电站里水轮机带动发电机发电 钻木取火 光能转化为电能 化学能转化为内能 光能转化为化学能 植物吸收太阳光 进行光合作用 燃料燃烧时发热 光太阳能电池 1.蒸汽机技术的发展 二、能量守恒定律发现的历史背景 18世纪蒸汽机 蒸汽机的普遍使用，宣布蒸汽时代的来临 2.各种基本运动形式之间普遍联系性的发现 将化学能转化为电能 戴维和法拉第，电弧灯之父 将电能转化为光能 法拉第发现了电能与化学能之间的定量转化关系 卡诺提出了热功转换的关系 录像：永动机不可能制成 3.永动机研制的失败 第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功. 动画：失败的永动机 滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示. 转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心.据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置.国王看了很是高兴，就特赦了他.其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的. 滚球永动机 磁力永动机 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G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.大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了. 磁力永动机 如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的. 三、能量守恒定律的发现与确立 迈尔是德国医生，从新陈代谢的研究中得出能量守恒。1842年，迈尔发表了题为《论无机界的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想。 1.迈尔的发现 2.焦耳的实验 焦耳在做热功当量实验 焦耳 1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学. 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律.焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础. 结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的. 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化. 实验一：焦耳热功当量实验 3.亥姆霍兹的贡献 亥姆霍兹是德国物理学家、生理学家，于1847年出版了《论力的守恒》一书，给出了对不同形式的能的数学表示式，并研究了它们之间相互转化的情况，从而这部著作成了能量守恒定律论证方面影响较大的一篇历史性文献。 实验录像：能的转化和守恒定律 4.能量守恒定律 1、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另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变． 2、能量守恒定律的历史意义 能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭. 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言. 　　一支向高空瞄准的步枪，扣动扳机后射出一颗子弹，子弹没有击中目标，最后 下落陷在土地中。请你说出以上过程中发生了哪些能量转化。 火药的化学能 燃气的内能 子弹的机械能 空气、土地的内能 例题 能量之间可以相互转化 转移和转化的过程中，能的总量是守恒的 依据能量守恒定律，永动机不可能实现 课堂小结 1．第一类永动机违反了什么而不能制成( ) A．违反了热力学第一定律 B．违反了机械能守恒定律 C．违反了能量守恒定律 D．以上说法都不对 第一类永动机不可制成是因为它违背了能量守恒定律 C 练一练 2.如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定.A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热.原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡.在这个过程中，下面说法正确的是 (　　) A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加