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

第三章 热力学定律 第3节 能量守恒定律 02 主题二、探寻能量守恒的足迹 01 主题一、永动机 目录 CONTENTS 03 主题三、能量守恒定律 第3节 能量守恒定律 04 主题四、能量守恒定律的应用 新课引入：观察下边的视频，难道真有“永动机”？ 第一部分 永动机 达芬奇设计 经典设计方案 一、永动机 1.第一类永动机: 不消耗任何燃料能持续转动的机器 磁动力设计方案 这些设想全部失败，永动机的失败促使人们思考原因 一、永动机 1.第一类永动机: 不消耗任何燃料能持续转动的机器 2.第二类永动机: 将燃料化学能百分之百转化的机器 第二部分 探寻能量守恒 的足迹 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。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。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。 二、探寻能量守恒的足迹 1.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。这表明一个系统（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。 二、探寻能量守恒的足迹 2.焦耳：他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。 3.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。 二、探寻能量守恒的足迹 4.德国科学家亥姆霍兹(1821—1894)：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。 1847年，德国年仅26岁的军医赫尔曼·赫尔姆霍茨写了论文《论力的守恒》，阐述能量守恒的思想。他的论文寄到《物理学和化学年鉴》杂志，同样被主编波根道夫所压制，没有发表。后来，赫尔姆霍茨自费印刷了这篇论文。 二、探寻能量守恒的足迹 1836年 盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关 1842年 迈尔表述了能量守恒定律 1841年 焦耳发现电流的热效应 1831年 法拉第发现电磁感应现象 1820年 奥斯特发现电流的磁效应 1843年 焦耳测定做功与传热的关系 1798年 伦福德的实验表明热的本质是运动 1821年 塞贝克发现温差电现象 1847年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律 二、探寻能量守恒的足迹 第三部分 能量守恒定律 (1)说明各种形式的能可以___________。 能量既不会凭空_____，也不会凭空_____，它只能从一种形式_____为另一种形式，或者从一个物体_______到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量____________。 (2)各种物理现象可以用______________联系在一起。 1.内容: 产生 消失 转化 转移 保持不变 相互转化 能量守恒定律 (3)宣告第一类永动机不可能制成。 2.意义: 三、能量守恒定律 (1)是一个普遍适用的定律 3.重要性: (1)是一个普遍适用的定律 3.重要性: 比机械能守恒定律应用更广 (2)将各种现象联系在一起 力学、热学、电学、光学、化学、生物学 (3)指导着人们的生产、科研 泡利和费米利用能量守恒预言了中微子的存在; (4)19世纪自然科学三大发现之一(恩格斯) 另外两大学说：细胞学说；生物进化论 宣告了第一类永动机造不成 三、能量守恒定律 三、能量守恒定律 光能转化为电能 重力势能转化为动能 化学能转化为内能和机械能 风能转化为电能 三、能量守恒定律 新知讲解 重力势能转化为电能 电能转化为机械能 三、能量守恒定律 新知讲解 电能转化为内能 化学能转化为电能 三、能量守恒定律 新知讲解 第四部分 能量守恒定律的应用 四、能量守恒定律的应用 1.热力学领域：ΔU=Q+W 2.在力学中：机械能守恒定律 3.在电学中：闭合电路欧姆定律 4.在电磁学中：楞次定律 注意: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。 如：机械能、内能、电能、化学能、生物能、原子能等 ②能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 德国医生迈尔 英国学者焦耳 俄国化学家盖斯 课堂小结 永动机 非4 人 探寻能量守恒的足迹 非4 人 能量守恒定律的应用 能量守恒定律 定义：不消耗任何燃料能持续转动的机器。 德国科学家亥姆霍兹 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。 1.热力学领域：ΔU=Q+W 2.在力学中：机械能守恒定律 3.在电学中：闭合电路欧姆定律 4.在电磁学中：楞次定律 【典例1】下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是（ ） A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 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器——永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 ABC 课堂练习 【典例2】一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是（ ） A.物体机械能不变，内能也不变 B.物体机械能减小，内能不变 C.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小 D.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变 D 课堂练习 【典例3】如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起（ ） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 A 课堂练习 【解析】A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确；B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头 “喝”水，B错误；CD．这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律， 此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，CD错误。故 选A。 课堂练习 谢 谢 观 看 $$