3.3能量守恒定律-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第三册）

第三章 热力学定律 3.3能量守恒定律 晓峰物理 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？ 情景引入 一、探索能量守恒的足迹 1、人类对能量的认识 能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。 ⑴能量具有不同的形式 描述热运动的内能 描述机械运动的机械能 描述光辐射的光能 描述电现象的电能 不同形式的运动都可以用能量来描述 可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述 ⑵各种形式的能量之间可以相互转化 机械能的各种形式之间可以相互转化 电和磁可以相互转化 热和电也可以相互转化 在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。 一、探索能量守恒的足迹 ⑶能量转化的研究成果 机械能转化为内能 电场能转化为磁场能 内能转化为电能 磁场能转化为电能 一、探索能量守恒的足迹 2、能量守恒观念的形成 俄国化学家盖斯：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。 表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）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。 德国医生迈尔通过比对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）守恒”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。 一、探索能量守恒的足迹 2、能量守恒观念的形成 人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。 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。 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。 二、能量守恒定律 力学中：机械能守恒定律 电学中：闭合电路欧姆定律 电磁感应中：楞次定律 热学中：热力学第一定律 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其他形式，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。 1、能量守恒是自然界的普遍规律 能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在20世纪30年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。 2、能量是与质量相关联的一个物理量 三、永动机不可能制成 如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 “问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。 小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。 1、饮水小鸭的结造 2、饮水小鸭的工作原理 ⑵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。头部被浸湿； ⑴外力使小鸭处于倾倒位置后立即撤去外力 ①头部被浸湿； ②上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。 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”。图展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？ 任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！ 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 思考与讨论 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其他形式，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。 1、能量守恒定律： ⑴自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。 ⑵不同形式的能量之间可以相互转化。 ⑶能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 2、永动机不可能制成，违背了能量守恒定律。 随堂小结 【例题1】如图所示容器中,A