能量守恒定律學(xué)生版講義中檔

1、能量守恒定律能量守恒定律.能量守恒定律的建立過程能量恒定律是建立在自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，從16世紀(jì)到18世紀(jì)，經(jīng)過伽利略、牛頓、惠更斯、萊布尼茨以及伯努利等許多物理學(xué)家的認(rèn)真研究，使動力學(xué)得到了較大的發(fā)展，機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想，在這一時期已經(jīng)萌發(fā)。18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系相繼被發(fā)現(xiàn)，倫福德和戴維的摩擦生熱實(shí)驗否定了熱質(zhì)說，把物體內(nèi)能的變化與機(jī)械運(yùn)動聯(lián)系起來。1800年發(fā)明伏打電池之后不久，又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)和其他的一些電磁現(xiàn)象。這一時期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來進(jìn)行電鍍。 在生物學(xué)界，證明了動物維持體溫和進(jìn)行機(jī)械活動的 能量跟它所攝取的食物的化學(xué)

2、能有關(guān)，自然科學(xué)的這些成就， 為建立能量守恒定律作了必要的準(zhǔn)備。能量守恒定律的最后確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾、焦耳和亥姆霍茲等人完成。德國醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開始對能量進(jìn)行研究的。1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念出發(fā)，表達(dá)了能量轉(zhuǎn)化和守恒思想，他分析了25種能量的轉(zhuǎn)化和守恒現(xiàn)象，成為世界上最先闡述能量守恒思想的人。英國物理學(xué)家焦耳在1840年到1878年將近40年的時間里，研究了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度升高以及電、化學(xué)和機(jī)械作用之間的聯(lián)系，做 了 400多次實(shí)驗，用各種方法測定了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了 堅實(shí)的實(shí)驗基迪南德馮亥姆霍茲 迪南德馮亥

3、姆霍茲 (H1821 1894)德國物理學(xué)家、數(shù)學(xué) 家、生理學(xué)家、心理 學(xué)家。1847年他在德 國物理學(xué)會發(fā)表了 關(guān)于力的守恒講演， 第一次以數(shù)學(xué)方式 提出能量守恒定律礎(chǔ)。在1847年，當(dāng)焦耳宣布他的能量觀點(diǎn)的時候，德國學(xué)者亥姆霍 茲在柏林也宣讀了同樣課題的論文，在這篇論文里，他分析了化學(xué) 能、機(jī)械能、電磁能、光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動機(jī) 不可能制造成功聯(lián)系起來，他認(rèn)為不可能無中生有地創(chuàng)造一個永久 的推動力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量。亥姆霍茲在 論文里對能量守恒定律作了一個清晰、全面而且概括的論述，使這 一定律為人們廣泛接受。在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于

4、能量守恒的研究。他們從不同 的角度出發(fā)，彼此獨(dú)立地研究，卻幾乎同樣發(fā)現(xiàn)了這一偉大的定律， 因此，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。此時，能量轉(zhuǎn) 化和守恒定律得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。這一原理指出：自然界的 一切物質(zhì)都具有能量，對應(yīng)于不同的運(yùn)動形式，能量也有不同的形 式，如機(jī)械運(yùn)動的動能和勢能，熱運(yùn)動的內(nèi)能，電磁運(yùn)動的電磁能，化學(xué)運(yùn)動的化學(xué)能等， 他們分別以各種運(yùn)動形式特定的狀態(tài)參量來表示，當(dāng)運(yùn)動形式發(fā)生變化或運(yùn)動量發(fā)生轉(zhuǎn)移時，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個系統(tǒng)傳遞給另一個系統(tǒng)；在轉(zhuǎn)化和傳遞中總能量始終不變，恩格斯曾經(jīng)把能量轉(zhuǎn)化和守恒定律稱為“偉大的基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世

5、紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一(另兩個發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論)。能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形 式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。.能量耗散既然能量是守恒的，不可消滅，為什么我們還要節(jié)約能源呢？打碎的鏡子不可能自動復(fù)原成 原來完好的樣子，冒起的煤煙和散開的炭灰不可能自發(fā)的重新組合成一堆煤炭。類似的，自然界中自發(fā)的能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也具有某種方向性。比如在與熱現(xiàn)象有關(guān)的能量轉(zhuǎn)化過程就是具有方向性的。例如：摩擦力做功的過程，要損耗機(jī)械能而生熱，產(chǎn)生的熱不可能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散，

6、在能源的利用過程中，及在能量的轉(zhuǎn)化過程中， 能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了。典例精講【例2.1（2019春？昌平區(qū)期末）北京時間 2019年4月10日21時，在全球七大城市同時發(fā)布由“事件視界望遠(yuǎn)鏡”觀測到位于室女A星系（M87）中央的超大質(zhì)量黑洞照片，如圖（甲）所示。宇宙中的天體在不斷向外輻射電磁波，人們利用射電望遠(yuǎn)鏡收集來自天體的電磁波進(jìn)行觀測，如圖（乙）所示。天體甲距地球1萬光年，M87的黑洞距離地球 5500萬光年，假設(shè)天體甲和 M87的黑洞輻射功率相同，忽略電磁波在傳播過程中的損耗，用一架射電望遠(yuǎn)鏡接收到甲發(fā)出的電磁波功率為P1,則該望

7、遠(yuǎn)鏡接收到的來自M87的黑洞發(fā)出的圖（甲）圖（乙）圖（甲）圖（乙）1P15500B . P1C. 5500P1D . 55002P15500 2【例2.2】（2017?廣東模擬）關(guān)于家用電器工作時發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的描述，下列說法正確的是（ ）A.電飯煲將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能B.電熨斗將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C.手搖發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D.電吹風(fēng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能【例2.3】（2007?廣東）如圖為焦耳實(shí)驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物卜落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高.關(guān)于這個實(shí)驗，下列說法正確的是（A.這個裝置可測定熱功當(dāng)量A.這個裝置可測定熱功當(dāng)量B.做功增加了水的熱量C.做功增加

8、了水的內(nèi)能D.功和熱量是完全等價的，無區(qū)別【例2.4（2018?峨山縣校級模擬）下列說法正確的是（）A.凡是不違背能量守恒定律的實(shí)驗構(gòu)想，都是能夠?qū)崿F(xiàn)的B.做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，這表明要使物體的內(nèi)能發(fā)生變化，既可以通過做功來實(shí)現(xiàn)，也可以通過熱傳遞來實(shí)現(xiàn)C.保持氣體的質(zhì)量和體積不變，當(dāng)溫度升高時，每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多D.溫度升高，分子熱運(yùn)動的平均動能一定增大，但并非所有分子的速率都增大E.在水池中，一個氣泡從池底浮起，此過程可認(rèn)為氣泡的溫度不變，氣泡內(nèi)氣體為理想氣體，則外界對氣泡做正功，同時氣泡吸熱【例2.5（2016?河南模擬）下列說法中正確的是（）A.滿足能

9、量守恒定律的宏觀過程都是可以自發(fā)進(jìn)行的B.嫡是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度C.若容器中用活塞封閉著剛好飽和的一些水汽，當(dāng)保持溫度不變向下緩慢壓活塞時，水汽的質(zhì)量減少，密度不變D.當(dāng)分子間距離增大時，分子間引力增大，而分子間斥力減小E.當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大【例2.6】（2014春？南雄市校級期末）如圖所示，一木塊放在光滑水平面上，一子彈水平射入木塊中，射入深度為 d,平均阻力為f,設(shè)木塊滑行距離為 s時開始勻速前進(jìn)，下列判斷 TOC o 1-5 h z 正確的是（）A.子彈損失的動能等于fdB.子彈損失的動能等于f （s+d）C.總機(jī)械能的損失等于f

10、sD.總機(jī)械能的損失等于fd【例2.7（2017?南通模擬）如圖所示，一物體質(zhì)量m= 2kg,在傾角0 =37的斜面上的 A點(diǎn)以初速度v0=3m/s下滑，A點(diǎn)距彈簧上端 B的距離AB= 4m,當(dāng)物體到達(dá) B后將彈簧壓縮到C點(diǎn)，最大壓縮量BG= 0.2m,然后物體又被彈簧彈上去，彈到的最高位置為 D點(diǎn)，D點(diǎn)距A點(diǎn)AD= 3m擋板及彈簧質(zhì)量不計，g取10m/s2.求：(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)科；(2)彈簧的最大彈性勢能 5-【例2.8】(2015?德州一模)如圖所示，一塊足夠長的木板C質(zhì)量為2m,放在光滑的水平面上，在木板上自左向右放有 A、B兩個完全相同的炭塊(在木板上滑行時能留下痕跡)，

11、兩炭塊質(zhì)量均為 m,與木板間的動摩擦因數(shù)均為 科，開始時木板靜止不動， A、B兩炭塊的初速度分別為v。、2V0,方向如圖所示，A、B兩炭塊相距足夠遠(yuǎn).求：(1)木板的最終速度；(2) A、B兩炭塊在木板上所留痕跡的長度之和.it工監(jiān) TOC o 1-5 h z 中* C f【例2.9】(2013秋？西城區(qū)期末)如圖所示，一個傾角 0 =45。的斜面固定于水平地面上，斜面頂端距水平地面的高度h=1m,斜面底端有一垂直于斜面的固定擋板.一個質(zhì)量m= 1kg的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))自斜面頂端從靜止開始向下滑動，到達(dá)斜面底端時與擋板碰撞，假設(shè)小物塊與擋板碰撞過程中無機(jī)械能損失.已知小物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)科=20.2 .重力加速度g=10m/s .(1)求小物塊沿斜面下滑時的加速度大小a;(2)求小物塊第一次與擋板碰撞前的速度大小v;(3)小物塊最終停在擋板上，求整個過程中由于摩擦而產(chǎn)生的熱量Q.【例2.10】(2015?德陽模擬)如圖所示，在半彳仝為r = 10cm的輪軸上懸掛一個質(zhì)量為Mk 3kg的水