3.3能量守恒定律 课件 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.3能量守恒定律 教学目标 理解能量守恒定律，知道能量守恒时自然界普遍遵从的基本规律 通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性 能量转化和守恒定律的理解及综合应用   教学难点 教学重点 能量转化和守恒定律的理解及综合应用   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? 问题思考 4 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。 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，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。但是，在科学史上人们真正以“能量”的观念来探索各种运动形式本质的过程却是非常曲折的。 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。例如，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，热和电也可以相化…… 一.探索能量守恒的足迹 以下几种情况的能量是如何转化的？ 一.探索能量守恒的足迹 以下几种情况的能量是如何转化的？ 一.探索能量守恒的足迹 下表列出了自18世纪末至19世纪中叶来自不同国家和地区、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，完成了关于能量转化的研究成果。 一.探索能量守恒的足迹 2.能量守恒观念的形成： 由于能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及产生并不是一蹴而就的。从各种实验的验证，再到实验结果的被质疑，科学家们付出了大量的努力。应该说，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。从18世纪末到19世纪中叶，不同领域的科学家从不同角度都提出过能量守恒的思想。人类对能量守恒的认识经历了一个由浅入深、由含糊到清晰的过程。 阅读书本，了解俄国化学家盖斯、英国物理学家焦耳、德国医生迈尔、德国科学家亥姆霍兹等人对建立能量转化与守恒定律方面作出的贡献。 半个多世纪人类对能量以及能量守恒研究的历史，预示着人们把各分立的领域连成一体的时刻已经到来，也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了。 一.探索能量守恒的足迹 复习回顾：你还记得机械能守恒定律吗？ 二、能量守恒定律 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。 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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 意义： 能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯、把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一。 对能量守恒定律的理解 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。 对能量守恒定律的理解 守恒条件 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；而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。 讨论：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”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？ 历史上一种永动机的设计 总结： 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语言了中微子。中微子是静止质量几乎为0 的中性粒子。 恩格斯把能量守恒定律与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。 三、永动机不可能制成 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，重心不断的转移，才使小鸭能够持续工作下去。 思考与讨论 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3.3-2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。 化学能→内能→机械能 电能→机械能 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”,十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了 一个相同原理的类似装置，1667年曾有 人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一 部直径 5 米的庞大机械，但是这些装置 经过试验均以失败告终。 1.第一类永动机：不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器 2.第一类永动机不可能制成 违背了能量守恒定律 总结 1、永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A.不符合机械能守恒定律 B.做功产生的热量不符合热功当量 C.违背了热力学第一定律 D. 找不到合适的材料和合理的设计方案 C 2．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 C 小试牛刀 3、下列有关能量的描述正确的是 (　　) A.“又要马儿跑得快,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B.工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能,该过程能量不守恒 C.滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来,动能消失,能量不守恒 D.同时做自由落体运动的物体,质量越大,势能减少越快,机械能减少也越快 马儿跑的时候需要消耗能量,而草能够为马儿提供能量,因此“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,故A正确;工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能,损失的电能转化为内能,该过程能量仍守恒,故B错误;滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来,减小的动能转化为内能,能量守恒,故C错误;同时做自由落体运动的物体,运动的快慢与质量无关,减少的势能转化为动能,机械能不变,故D错误。 解析： A 小试牛刀 能量守恒定律 探索能量守恒的足迹 能量守恒定律 永动机不可能制成 课堂小结 $$