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 不同形式的能量 内能↔分子热运动 机械能↔机械运动 光能↔光辐射 电能↔电荷运动 不同形式的能量之间可以相互转化 机械能转化 电磁转化 化学能转化为电能 热电转化 1836年 盖斯 化学反应的热量 与反应步骤无关 1842年 迈尔 能量守恒定律 1841年 焦耳 电流的热效应 1831年 法拉第 电磁感应现象 1820年 奥斯特 电流的磁效应 1843年 焦耳 做功与传热的关系 1798年 伦福德 热的本质是运动 1821年 塞贝克 温差电现象 1847年 亥姆霍兹 总结能量守恒定律 机械能→内能 电场能→磁场能 内能→电能 磁场能→电能 能量守恒观念的形成 一、能量守恒定律 1. 基本内容 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另一个物体。在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2. 自然科学最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一， 适用于任何物理现象和物理过程。 3. 特例 机械能守恒定律 热力学第一定律 闭合电路欧姆定律 楞次定律 二、第一类永动机不可制成 磁力永动机 滚珠永动机 螺旋永动机 软臂永动机 二、第一类永动机不可制成 1. 第一类永动机 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器，称作第一类永动机。 第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制成！ 热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能制成的 化学能→内能→机械能 电能→机械能 二、第一类永动机不可制成 达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！” 螺旋永动机 二、第一类永动机不可制成 1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。 磁力永动机 二、第一类永动机不可制成 1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。 螺旋永动机 二、第一类永动机不可制成 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。 滚球永动机 二、第一类永动机不可制成 19世纪，有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。 软臂永动机 三、能量的转移和转化具有方向性 1. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，具有方向性。 能量转化具有方向性 如：机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不能自发地且不能完全转化为机械能。 能量转移具有方向性 如：热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。 三、能量的转移和转化具有方向性 2. 能量耗散 能量耗散从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性。 能量耗散： 能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用。 便于利用的能源 不便于利用的能源 利用能源的过程中，能量的总量守恒，但可利用的品质降低， 从便于利用的能源变成不便于利用的能源。 四、能源 五六十万年前 火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，使人类脱离了茹毛饮血的时代。 石油时期 柴薪时期 煤炭时期 2000年前 蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。 19世纪80年代 内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。 四、能源 能源的开发 能源 能源的利用 常规能源：煤、石油、天然气等。 新能源：核能、风能、太阳能、海洋能等。 一次能源：煤、石油、天然气、水能、风能等。 二次能源：电能、氢能、焦炭等。 四、能源 能否再生 能源 可再生能源：水能、风能、潮汐能等。 不可再生能源：石油、煤等。 对环境的影响 清洁能源：太阳能、风能等。 非清洁能源：煤、石油、天然气等。 可循环使用、不断补充 无法在短期内再生 3.3 能量守恒定律 $$