3.3 能量守恒定律 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

《选择性必修第三册》（人教版） 让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，它会慢慢俯下身去，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？ 请同学们阅读书本P54——探索能量守恒的足迹 人类对能量的认识 时间 科学家 研究成果 1798 年 伦福德 热的本质是运动 1820 年 奥斯特 电流的磁效应 1821 年 赛贝克 温差电现象 1831 年 法拉第 电磁感应现象 1836 年 盖斯 化学反应放出的热量与反应步骤无关 1841 年 焦耳 电流的热效应 1842 年 迈尔 （第一人）表述了能量守恒定律 1843 年 焦耳 测定做功与传热的关系 1847 年 亥姆霍兹 在理论上概括和总结能量守恒定律 ① 俄国化学家盖斯的研究发现，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。这表明一个系统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。 ②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。（能量的观念把热、电、光、磁等统一起来描述。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能。） ③ 德国医生迈尔通过对比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）”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。 ④ 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。 4 机械能转化为内能 化学能转化为内能 电能转化为内能 三.能量守恒定律 1.内容： 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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。 2.意义 1）它把原来人们认为互不相关的各种现象联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中。 在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。 在热力学领域内，做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。 5 三.能量守恒定律 1.内容： 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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。 2.意义 1）它把原来人们认为互不相关的各种现象联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中。 对能量守恒定律的理解 1.能量的存在形式及相互转化 ①各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。 ②各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。 2.守恒条件： 能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 2）它是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。 3）能量转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一， 与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功； 例：物体在空中下落时受到空气阻力作用，机械能不守恒，但包括内能在内的总的能量却是守恒的。 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。中微子是静止质量几乎为0 的中性粒子。 6 三.能量守恒定律 1.内容： 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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。 2.意义 2）它是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。 1）它把原来人们认为互不相关的各种现象联系在一起，把表面上完全不同的各类运动统一在一个自然规律中。 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。 头部水蒸发，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸汽被液化，压强减小，液体上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。 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，才使小鸭能够继续工作下去。 3）能量转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现