6.2 能量的转化与守恒 课件 -2023-2024学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第三册

第2节 能量的转化与守恒 1 问题引入 机械能守恒定律告诉我们，在一定条件下，系统的动能和势能可相互转化，且机械能守恒。不同形式能量之间的转化遵循怎样的规律呢？本节我们将进一步学习能量的转化与守恒的相关内容。 讲授新课 1.能量的转化 我们知道，能量可从一种形式转化 为另一种形式。 食物具有化学能，我们的身体把这 种化学能转化成维持生命所必需的内能、 机械能等。水电站（ 图 6-5）一般建在 水位落差较大的地方，当水倾泻而下时，水的重力势能转化 为动能，推动水轮发电机发电，将电能输送到千家万户。电能通过电磁炉可转化为内能，通过电视可转化为光能、声能..... 物理聊吧 图 6-6 是用一台蒸汽机和一台发电机建立的模型发电站，将这个模型发电站与小灯泡连接起来，就可以供电了。 请分析该模型发电站工作时各种形式的能量是如何转化的，并与同学交流。 讲授新课 2.能量守恒定律 在日常生活中，我们似乎看不到能量的守恒。例如，荡来荡去的秋千（ 图 6-7），如果不能持续得到外界能量的补充，空气阻力及秋千受到的摩擦力就会使秋千摆动的幅度逐渐减小，直至停下。在这个过程中，秋千原有的机械能一直在损失。 讲授新课 闭合电路欧姆定律也是能量守恒的一 种表现形式。在图 6-8所示的闭合电路中， 根据闭合电路欧姆定律，E = U + Ir，公 式两边同时乘以 I t 可得，EIt = UIt + I²rt。EIt 表示电源提供的总电能，UIt 表示用电器消耗的电能，I²rt 表示内电路消耗的电能。从以上公式可见，电源提供的电能一部分消耗在外电路，通过用电器转化为其他形式的能；另一部分消耗在内电路，转化为内能，总的能量是守恒的。 讲授新课 大量的实验和研究都证明，任何形式的能量在转化和转移的过程中都遵守如下规律：在一个孤立系统里，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其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律（law of conservation of energy） 讲授新课 在历史上，人们曾幻想制造一种机器，它不需要任何动力或燃料就能不停地运动，甚至对外做功，这类装置被称为第一类永动机。根据能量守恒定律，在无外界能量供给的情况下，使机器不断对外做功是不可能的。能量守恒定律否定了制造第一类永动机的可能性。 能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。能量守恒定律的发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。 科学书屋 20 世纪 30 年代，人们发现在某些原子核 反应中能量似乎不守恒，据此，有人提出能 量守恒并不是普遍规律的观点。1930 年，奥 地利物理学家泡利［W.Pauli，1900—1958， 图 6-9（a）］猜想，之所以观察到反应中能 量“ 不守恒 ”，可能是因为存在着一种极其 微小的未知粒子，是它带走了部分能量。意大利物理学家费米［E.Fermi，1901—1954，图 6-9（b）］把这种未知的粒子称为中微子。自此，人们一直在努力寻找中微子。1956 年，人们终于在实验中找到了中微子。因此，可以说是能量守恒定律直接导致了中微子的发现。 小节练习 1.撑竿跳高运动的不同阶段，有不同形式的能量发生转化。撑竿跳高过程涉及哪几种能量转化？这些能量转化是如何帮助运动员提高跳高成绩的？ 2. 查阅资料，了解在发电过程中能量是怎么转化的。哪种形式的能量损失得最多？这些损失的能量最终去了哪里？请写出你的结论。 小节练习 3. 我们经常说“ 节约能量 ”，如关掉不使用的灯，空调温度不要设定得太低或太高等。这些说法与本节所讲的“ 能量守恒 ”似乎有些不协调。请你就此谈谈自己的看法. 小节练习 4. 如图所示，将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，使两端分别固定在罐盖和罐底上。将该装置从不太陡的斜面上释放，会观察到什么现象？请你做一做，并从能量转化与守恒的角度加以解释。 $$