高中物理必修2課件：7.10 能量守恒定律和能源

7.10能量守恒定律與能源

10.能量守恒定律與能源我們已經(jīng)學(xué)過(guò)了好幾種形式的能量了，那么到底如何定義能量呢？一.能量的概念一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉Γ覀兙驼f(shuō)這個(gè)物體具有能量。二.能量的多樣性對(duì)應(yīng)于不同的運(yùn)動(dòng)形式，能的形式也是多種多的．機(jī)械能對(duì)應(yīng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，內(nèi)能對(duì)應(yīng)大量微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)…….我們知道能量的形式：機(jī)械能、內(nèi)能、電能、太陽(yáng)能、化學(xué)能、生物能、核能等．這些能量之間有聯(lián)系嗎？有什么聯(lián)系呢？討論與思考：太陽(yáng)能的利用：太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能電站有一個(gè)高塔，塔頂上裝有鍋爐，塔的周圍裝有平面反射鏡，它把陽(yáng)光反射后集中在鍋爐上，把鍋爐內(nèi)的工作物質(zhì)水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過(guò)管道輸送到汽輪發(fā)電機(jī)。塔式太陽(yáng)能熱電站太陽(yáng)能內(nèi)能機(jī)械能電能

雷電是大氣中的一種放電現(xiàn)象。雷雨云在形成過(guò)程中，一部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負(fù)電荷，當(dāng)這些電荷積聚到一定程度時(shí)，就產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

打雷放電時(shí)間極短，但電流異常強(qiáng)大。放電時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)光，就是閃電。閃電時(shí)釋放出的大量熱能，能使局部空氣溫度瞬間升高１萬(wàn)—2萬(wàn)攝氏度。

雷電電能

光能、聲能、內(nèi)能光合作用

光能化學(xué)能zxxk內(nèi)燃機(jī)車：內(nèi)能轉(zhuǎn)化機(jī)械能水電站：水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能水果電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能三、能的轉(zhuǎn)化不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。不同形式的能之間可以在一定條件的情況下相互轉(zhuǎn)化，而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量保持不變。四.功是能量轉(zhuǎn)化的量度重力做功：重力勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化彈力做功：彈性勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化在一定條件下，系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但其和保持不變，即服從機(jī)械能守恒定律。

當(dāng)其它形式的能量如電能、內(nèi)能、化學(xué)能、光能等參與轉(zhuǎn)化時(shí)，是否服從類似的規(guī)律呢？思考：學(xué)科網(wǎng)內(nèi)容提要一、能量守恒定律

1.能量守恒定律確立的依據(jù)（1）能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移（2）永動(dòng)機(jī)不可能制成

2.能量守恒定律的建立過(guò)程

邁爾焦耳亥姆霍茲

3.能量守恒定律的內(nèi)容

4.能量守恒定律的意義二、能源和能量耗散

1.能源的分類

2·能源與社會(huì)發(fā)展

3.為什么要節(jié)約能源（1）能源短缺（2）環(huán)境惡化（3）能量耗散

zxxk一1（1）能量的轉(zhuǎn)化電動(dòng)機(jī)電能機(jī)械能發(fā)電機(jī)機(jī)械能電能一1（1）能量的轉(zhuǎn)化焦耳定律Q=IRt電能內(nèi)能2電能光能、內(nèi)能一1（1）能量的轉(zhuǎn)化化學(xué)能內(nèi)能機(jī)械能水能（動(dòng)能、重力勢(shì)能）電能一1（1）能量的轉(zhuǎn)化水果電池化學(xué)能電能機(jī)械能內(nèi)能一1（1）能量的轉(zhuǎn)移剛煮好的雞蛋放入涼水中內(nèi)能：雞蛋涼水動(dòng)能：風(fēng)帆船一1（1）能量的轉(zhuǎn)化兩個(gè)相同的鉛球在光滑的水平面上相向運(yùn)動(dòng)，碰撞后粘在一塊。并靜止在地面上動(dòng)能？動(dòng)能內(nèi)能一1（2）什么是永動(dòng)機(jī)蒸汽機(jī)消耗煤炭，內(nèi)燃機(jī)消耗汽油或柴油，電動(dòng)機(jī)消耗電力，有沒(méi)有一種機(jī)器，它不消耗任何燃料或動(dòng)力，卻可以不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，源源不斷的對(duì)外做功呢？這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。

據(jù)說(shuō)很久很久以前，在印度有一個(gè)被地主壓迫的可憐人，他每天被迫干好多活，終于有一天，這個(gè)可憐的年輕人厭倦了這種生活，他就想：有沒(méi)有一種機(jī)器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的話就太好了

據(jù)說(shuō)這個(gè)就是最早的關(guān)于永動(dòng)機(jī)的想法。這個(gè)思想的火花在1200年前從印度出發(fā)，傳到了伊斯蘭教世界，并傳到了西方。

大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)。他的設(shè)計(jì)如圖所示，A是一個(gè)磁石，鐵球C受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想學(xué)科網(wǎng)一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想

上世紀(jì)20年代德國(guó)的一張明信片,拿愛(ài)因斯坦開玩笑，想想看這個(gè)永動(dòng)機(jī)為什么不行？一1（2）永動(dòng)機(jī)夢(mèng)想的破滅

此外，人們還提出過(guò)利用輪子的慣性、細(xì)管子的毛細(xì)作用、電磁力、流水等獲得有效動(dòng)力的種種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，但都無(wú)一例外地失敗了層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，都在科學(xué)的嚴(yán)格審查和實(shí)踐的無(wú)情檢驗(yàn)下一一失敗了。1775年，法國(guó)科學(xué)院宣布“本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。一1（2）永動(dòng)機(jī)的啟示

制造永動(dòng)機(jī)的美好夢(mèng)想雖然破滅了，但是，反思這一失敗的探索過(guò)程，它從反面給人類以啟迪：永動(dòng)機(jī)不可能制成，是不是說(shuō)明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無(wú)中生有地獲得能量？也就是說(shuō)自然界各種能量之間存在著一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

邁爾在1814年11月25日生于德國(guó)。他的父親是位藥劑師。少年時(shí)代的邁爾，經(jīng)常跟著父親去看制作各種藥品的試驗(yàn)。1838年，邁爾在蒂賓根大學(xué)獲得學(xué)位。25歲的邁爾正式在漢堡開業(yè)行醫(yī)。

2.能量守恒定律的建立過(guò)程邁爾

1840到1841年初，邁爾在一艘海輪上當(dāng)了幾個(gè)月的隨船醫(yī)生。這段旅程成為了他在物理學(xué)上作出成就、從醫(yī)學(xué)的途徑得出能量守恒的結(jié)論的起點(diǎn)。邁爾(1814－1878)

1840年2月22日，邁爾跟著船隊(duì)來(lái)到印度尼西亞，當(dāng)時(shí)很多船員患了肺炎，在醫(yī)治中邁爾發(fā)現(xiàn)他們的靜脈血不像生活在溫帶國(guó)家中的人的靜脈血那樣顏色暗淡，而是像動(dòng)脈血那樣新鮮。這一現(xiàn)象引起了邁爾的深思。邁爾認(rèn)為人的血液之所以是紅的是因?yàn)槔锩婧醒?，而食物中含有化學(xué)能，被氧化時(shí)像機(jī)械能一樣可以轉(zhuǎn)化為熱，維持人的體溫。在熱帶高溫情況下，人要維持體溫，機(jī)體只需要吸收較少的熱量，所以機(jī)體中食物的燃燒過(guò)程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。邁爾認(rèn)為，熱能、化學(xué)能、機(jī)械能都是等價(jià)的，而且是可以相互轉(zhuǎn)化的。1842年邁爾從“無(wú)不生有，有不變無(wú)”和“原因等于結(jié)果”的觀念出發(fā)，表述了物理、化學(xué)過(guò)程中各種力(能)的轉(zhuǎn)化和守恒的思想。邁爾是歷史上第一個(gè)提出能量守恒定律的人。

2.能量守恒定律的建立過(guò)程焦耳英國(guó)物理學(xué)家。1818年12月24日生于索爾福。他父親是釀酒廠的廠主。焦耳從小體弱不能上學(xué)，在家跟父親學(xué)釀酒，并利用空閑時(shí)間自學(xué)化學(xué)、物理。他很喜歡電學(xué)和磁學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)特別感興趣。后來(lái)成為英國(guó)曼徹斯特的一位釀酒師和業(yè)余科學(xué)家。焦耳（1818－1889）

1840年，他發(fā)現(xiàn)將通電的金屬絲放入水中，水會(huì)發(fā)熱，通過(guò)精密的測(cè)試，焦耳發(fā)現(xiàn)了電熱之間的關(guān)系－焦耳定律。焦耳從1840－1878年近40年的時(shí)間里，研究了電流的熱效應(yīng)，研究了空氣壓縮時(shí)溫度的升高，以及化學(xué)，機(jī)械作用之間的聯(lián)系，他做了400多次實(shí)驗(yàn)，為能量守恒定律的確立奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。亥姆霍茲（1821—1894），德國(guó)物理學(xué)家和生理學(xué)家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一個(gè)中學(xué)教師家庭。中學(xué)畢業(yè)后在軍隊(duì)服役8年，取得公費(fèi)進(jìn)入在柏林的皇家醫(yī)學(xué)科學(xué)院，并柏林大學(xué)旁聽。1842年獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位后，被任命為波茨坦駐軍軍醫(yī)。

1847年他在新成立的德國(guó)物理學(xué)會(huì)發(fā)表了著名的“關(guān)于能量的守恒”的講演，第一次用數(shù)學(xué)方式系統(tǒng)地闡述了能量守恒原理

。2.能量守恒定律的建立過(guò)程亥姆霍茲3、能量守恒定律的內(nèi)容內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。理解：某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等．某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。

能量守恒定律的表達(dá)式

E初＝E終；△E增＝△E減說(shuō)明：a.該定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一，是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線。b.要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能，發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。c.在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。能量轉(zhuǎn)移時(shí)能量的形式?jīng)]有變，能量轉(zhuǎn)化時(shí)能量的形式發(fā)生變化。

4、能量守恒定律的意義能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽(yù)為19世紀(jì)的三個(gè)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。能量守恒定律是在無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。自然界一切已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過(guò)程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，例如“永動(dòng)機(jī)”只能以失敗而告終。機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。練習(xí)在夏季的時(shí)候，假如打開冰箱門來(lái)使房間溫度降低，是否可行？為什么？不可行。冰箱工作時(shí)要消耗電能，而這些電能最終轉(zhuǎn)化為房間的內(nèi)能，所以房間的溫度不降反升。能源的分類能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源能源可分為常規(guī)能源和新能源兩類常規(guī)能源：煤、石油和天然氣等新能源太陽(yáng)能新能源風(fēng)能新疆達(dá)坂風(fēng)力發(fā)電廠新能源水能三峽水電站新能源核能深圳大亞灣核電站新能源西藏羊八井地?zé)犭娬緶厝責(zé)崮芏?人類對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期柴薪時(shí)期出現(xiàn)年代：五六十萬(wàn)年前火的使用是人類在能源利用上的第一個(gè)里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時(shí)代。二2人類對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期煤炭時(shí)期出現(xiàn)年代：2000年前蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動(dòng)了工業(yè)革命和資本主義社會(huì)的成長(zhǎng)。二2人類對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期石油時(shí)期出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程。二3（1）能源短缺2004年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示，世界石油總儲(chǔ)量為1.15萬(wàn)億桶，僅供開采41年；全球天然氣儲(chǔ)量為176萬(wàn)億立方米，僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明，全球煤炭埋藏量10316億噸，可開采231年。二3（2）環(huán)境惡化溫室效應(yīng)使全球氣候變暖1999年北極拍攝兩極冰山融化二3（2）環(huán)境惡化汽車的尾氣二3（2）環(huán)境惡化化石燃料(煤和燃油)的燃燒

空中死神――酸雨

二3（2）環(huán)境惡化大氣污染燃料的化學(xué)能一部分轉(zhuǎn)化為食物的內(nèi)能，最終都轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的內(nèi)能。能量耗散二3（3）能量耗散能量耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上卻降低了，從便于利用變成不便于利用的了，這是能源危機(jī)更深層次的含義，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因。能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的。質(zhì)量為m的物體下落過(guò)程中，經(jīng)過(guò)高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，空氣阻力恒為f，分析由h1下落到h2過(guò)程中機(jī)械能的變化。分析：根據(jù)動(dòng)能定理，有

功能原理介紹：下落過(guò)程中重力對(duì)物體做功，重