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

null历史上有不少人想设计不消耗任何能量和燃料，却能源源不断的对外做工的永动机，这是设计的转臂式永动机。设计者认为右边小球重力臂长，重力巨大，能够使转盘顺时针转动。可是他忘了左边小球的个数比右边多，转盘顺时转动后又停了下来。这是磁力永动机，设计者希望小球在重力作用下沿曲面滚下，在磁力作用下又沿斜面吸上来，永远运动下去。这是不可能的，既然磁铁能把铁球从斜面底吸上来，就不可能让它从曲面顶端滚下去。这是浮力永动机，设计者希望浮力使左边容器中的小球浮起，右边小球在重力作用下降，周而复始的运转。我们不妨来试一试，当我们把水注入容器后，四个小球全部浮起来了，并没有成串。若把最下面的小球往下拉住，再注入水。四个小球是串起来了，可是最下面的球是扶不起来的。想设计不消耗能量，永远对外做工的机器是注定要失败的。 3.3 能量守恒定律 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 新课导入 让“饮水鸟”“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“饮水鸟”玩具是一架永动机吗？ 物理雾里悟理 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。 ⑴能量具有不同的形式 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 描述电现象的电能 不同形式的运动都可以用能量来描述 可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述 内能 机械能 光能 一、探索能量守恒的足迹 物理雾里悟理 ⑵各种形式的能量之间可以相互转化 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，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。 电能转化为内能 太阳能转化为电能 化学能转化为电能 电能转化为磁能 一、探索能量守恒的足迹 机械能转化 电磁转化 热电转化 物理雾里悟理 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，人类的任甸活动都离不开能量。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。 一、探索能量守恒的足迹 ⑶能量转化的研究成果（能量守恒观念的形成） 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 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人深、由含糊到清晰的过程。 物理雾里悟理 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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 E初=E末 2.能量守恒定律的历史意义： （1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。 （2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。 二、能量守恒定律 3、对能量守恒定律的理解： ②不同形式的能量之间可以相互转化，不论是什么形式和过程，都遵守能量守恒定律。 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。 热运动———内能 化学运动——化学能 原子核内部的运动——原子能 机械运动———机械能 电荷运动——电能 生物运动——生物能 ③某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 物理雾里悟理 能量守恒定律与（第一类）永动机视频演示 饮水鸟不断饮水原因分析 物理雾里悟理 三、（第一类）永动机不可能制成 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”。图展示了其中的几种设计。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。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！ （牢记）（第一类）永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 第一类永动机 概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功. 结果：无一例外地归于失败. 原因：违背了能量守恒定律. 物理雾里悟理 三、（第一类）永动机不可能制成 视频演示各类永动机 2、永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律. 1、热力学第一定律的另一种表达：第一类永动机是不可能造成的。 第一类永动机不可能制成的原因： （1）如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 （2）层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。 物理雾里悟理 1、下列关于能量转化现象的说法中,正确的是( 　　) A.用太阳灶烧水是光能转化为内能 B.风车发电是风的动能转化为电能 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 解析：C选项中是核能转化为电能,D选项中是化学能转化为内能,A、B选项正确。 AB 你能行！！ 物理雾里悟理 2、如图所示容器中,A、B各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面为空气,大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热。原先A中的水面比B中高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,最后达到平衡。在这个过程中 (　　) A.大气压力对水做功,水的内能增加 B.水克服大气压力做功,水的内能减少 C.大气压力对水不做功,水的内能不变 D.大气压力对水不做功,水的内能增加 解析： D 打开阀门K后,据连通器原理,最后A、B两管中的水面将相平,如图所示,即A中水面下降,B中水面上升;设A管横截面积为S1,水面下降距离为h1,B管横截面积为S2,水面上升距离为h2,由于水的总体积保持不变,则有S1h1=S2h2,A管中大气压力对水做的功:W1=p0S1h1,B管中大气压力对水做的功:W2=-p0S2h2,大气压力对水做的总功:W=W1+W2=p0S1h1-p0S2h2,因为S1h1=S2h2,所以W=0,即大气压力对水不做功;由于水的重心降低,重力势能减小,由能量守恒定律知水的内能增加。故D正确。 你能行！！ 物理雾里悟理 3、如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(　 　) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 D 你能行！！ 物理雾里悟理 能量守恒定律 探索能量守恒的足迹 （第一类）永动机不可能制成：违背了能量守恒定律 能量守恒定律 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。 表达式：E初=E末 课堂小结 物理雾里悟理 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $$历史上有不少人想设计不消耗任何能量和燃料，却能源源不断的对外做工的永动机，这是设计的转臂式永动机。设计者认为右边小球重力臂长，重力巨大，能够使转盘顺时针转动。可是他忘了左边小球的个数比右边多，转盘顺时转动后又停了下来。这是磁力永动机，设计者希望小球在重力作用下沿曲面滚下，在磁力作用下又沿斜面吸上来，永远运动下去。这是不可能的，既然磁铁能把铁球从斜面底吸上来，就不可能让它从曲面顶端滚下去。这是浮力永动机，设计者希望浮力使左边容器中的小球浮起，右边小球在重力作用下降，周而复始的运转。我们不妨来试一试，当我们把水注入容器后，四个小球全部浮起来了，并没有成串。若把最下面的小球往下拉住，再注入水。四个小球是串起来了，可是最下面的球是扶不起来的。想设计不消耗能量，永远对外做工的机器是注定要失败的。 821年法国物理学家约翰塞贝克在实验中发现，把两根不同的金属丝一头相接，然后使接头的一端和不接的两端温度不同，开放的两端会出现电位差。