4.1能量 能量守恒定律 课件 -2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

第四章 能源与可持续发展 4.1能量 能量守恒定律 教科版（2019）高中物理必修第三册 目 录 1 2 3 4 新课导入 学习目标 新课讲解 经典例题 5 课堂练习 6 课堂小结 拉长的橡皮筋 山巅的危石 运动的足球 西藏羊八井地热池 食 物 太阳光 　　你能说出上面物体都具有什么形式的能量吗？ 新课导入 学习目标 1.了解能量的概念及能量的分类。 2.通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。 3.学会用能量的观点理解和处理问题。 对于由几个物体组成的系统来说，系统的机械能守恒的条件是 ：只有重力或弹力做功。 这就是说，除了这些力做功以外，如果还有其他力做功，则该系统的机械能就不守恒。这里的其他力，可以分成两类，一类是系统以外的物体对系统内物体的作用力，简称外力 ；另一类则是系统内的物体间除重力或弹力外的其他相互作用力，例如滑动摩擦力，简称为其他内力。 如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化 ：如果外力做正功，系统的机械能增加，反之则系统的机械能减少。如果一个系统除重力或弹力以外，还有其他内力（如滑动摩擦力）做功，由于一对相互作用的滑动摩擦力所做功之和一定是负值，因此系统的机械能会减少，同时有热量产生（称为摩擦生热）。精确的研究证明，系统机械能的减少量等于所生成的热量，也可以说减少的机械能转化成了内能。 一、机械能的守恒与不守恒 二、能量的分类 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，不同形式的运动都可以用能量来描述。 风能 水能 光能 电能 要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。 电能与磁能的转化 电能与内能的转化 ⑵各种形式的能量之间可以相互转化 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。 机械能的各种形式之间可以相互转化 重力势能与动能转化 热能与电能转化 电能与磁能转化 历史上有很多“聪明”的人耗费大量的精力和时间，力图发明一种不使用任何动力就能一直运转并为人类做功的机器，也就是所谓的永动机。永动机的狂热追随者们无一例外都以失败告终。这是为什么呢？其实很简单，那是因为他们违背了一条自然界最基本的规律——能量守恒定律。 三、能量守恒定律 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。 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。 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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。 E初=E末 2.意义 ①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。 ③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 机械运动———机械能 热运动———内能 化学运动——化学能 电荷运动——电能 生物运动——生物能 原子核内部的运动——原子能 ②不同形式的能量之间可以相互转化。 3.说明 （1）热力学第一定律揭示了功、热量和内能的变化量的定量关系，同时也体现了功、热量和物体内能的变化满足一种守恒关系。因此热力学第一定律也是能量守恒定律的一种具体情况。 （2）不同力做功对应着不同的能量转化关系，能量的具体值没有多大意义，多数情况下，我们更关心能量的变化量。功是能量变化的量度，即W =∆E，这也是应用能量守恒定律解题时常用的一种表达式。 4.能量守恒定律的深刻理解 四、永动机 1.永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。 （人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机） 2.历史上的永动机： 螺旋永动机 达·芬奇 滚球永动机 马尔基斯 软臂永动机 19世纪设计 2.历史上的永动机： 螺旋永动机 弗拉德 磁力永动机 泰斯尼尔斯 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。 典例分析 1.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 A 答案：A 解析：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。 典例分析 2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　） A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 B 典例分析 3．某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约5s时突然往上反弹，反复持续4-5次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　） A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变 B．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量减少了 C．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量是守恒的 D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加 C 课堂练习 1．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　） A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律 C．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料 B 课堂练习 2、植物进行光合作用的过程，是（ ） A、光能转化为化学能 B、内能转化为化学能 C、化学能转化为光能 D、光能转化为内能 A 课堂练习 3．下面设想符合能量守恒定律的是（　　） A．利用永久磁铁间的作用力可以制造一台永远转动的机器 B．做一条利用风能逆水航行的船 C．通过太阳照射使飞机起飞 D．不用任何燃料，河水就一定不能升温 BC 课堂练习 4．下列关于能量守恒定律的认识正确的是（　 　） A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械（第一类永动机）不可能制成 D．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了 ABC 课堂练习 5.(多选)约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”,如图所示,在斜坡顶上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”,正确的认识应该是(　 　) A.一定不可能实现 B.如果忽略斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现 C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁铁磁性又较强,则维 尔金斯“永动机”可以实现 D.违背能量守恒定律 AD 课堂小结 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： ①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。 ②不同形式的能量之间可以相互转化。 ③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。 感谢观看 THANK YOU $$