3.3 能量守恒定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 第3节 能量守恒定律 情境与思考 让“饮水小鸟”“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“饮水小鸟”玩具是一架永动机吗？ 1. 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。 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。 3 1. 能量具有不同的形式： 2. 各种形式的能量之间可以相互转化： 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。 电和磁可以相互转化 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 热和电也可以相互转化 人类对能量的认识 4 人类对能量的认识 3. 能量转化的研究成果： 机械能转化为内能 电场能转化为磁场能 内能转化为电能 磁场能转化为电能 能量守恒观念的形成 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。 能量守恒观念的形成 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。 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。 7 能量守恒观念的形成 盖斯 迈尔 焦耳 亥姆霍兹 化学反应放出的热量与反应步骤无关 功热等价 提出能量守恒的思想 概括和总结能量守恒定律 能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 8 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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律 3. 历史意义：能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭。 例如： 自由落体运动： 势能→动能 摩擦生热： 机械能→内能 热机中的气体推动活塞做功： 内能→机械能 电流通过电阻丝： 电能→内能 电流通过白炽灯： 电能→内能和光能 燃料燃烧： 化学能→内能 2. 能量守恒是自然界的普遍规律： 力学中：机械能守恒定律 电学中：闭合电路欧姆定律 电磁感应中：楞次定律 热学中：热力学第一定律 4. 能量是与质量相关联的一个物理量：能量守恒的观点也在不断地发展，相对论 建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理 量。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预言了中微子的 存在。 热力学第一定律和机械能守恒定律能够给出具体的定量形式，而能量守恒定律却给不出。 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技 术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言。 9 永动机不可能制成 “问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机！ 永动机不可能制成 （3）如此循环往复。可见，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，才使小鸭能够持续工作下去。 “问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。 小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连，下球盛有一些二氯甲烷，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。 1. 饮水小鸭的结造： 2. 饮水小鸭的工作原理： （2）小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的二氯甲烷蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。头部被浸湿； （1）外力使小鸭处于倾倒位置后立即撤去外力 ①头部被浸湿； ②上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。 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。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。 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。 永动机不可能制成 永动机不可能制成 同学们，下课！ Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $