【課件】能量守恒定律 課件 -人教版（2019）選擇性必修第三冊

3.3能量守恒定律讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會兒，又會慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會直立起來。如此循環(huán)往復。這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機嗎?一、探索能量守恒的足跡人類對能量的認識時間科學家研究成果1798

年倫福德熱的本質是運動1820

年奧斯特電流的磁效應1821

年賽貝克溫差電現(xiàn)象1831

年法拉第電磁感應現(xiàn)象人類對能量的認識時間科學家研究成果1836

年蓋斯化學反應放出的熱量與反應步驟無關1841

年焦耳電流的熱效應1842

年邁爾表述了能量守恒定律1843

年焦耳測定做功與傳熱的關系1847

年亥姆霍茲在理論上概括和總結能量守恒定律能量守恒觀念的形成能量守恒不是由某一個人通過某一項的研究而得到的。從18世紀末到19世紀40年代，不同領域的科學家從不同角度都提出了能量守恒的思想，人類對于能量守恒的認識經(jīng)歷了一個由淺入深，由含糊到清晰的過程。①俄國化學家蓋斯的研究發(fā)現(xiàn)，任何一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，放出的總熱量相同。這表明一個系統(tǒng)存在著一個與熱量相關的物理量，在一個確定的化學反應中這個量是不變的。②焦耳的實驗精確地測量了做功與傳熱之間的等價關系，從而為能量守恒定律奠定了牢固的實驗基礎，也為能量守恒的定量描述邁出了重要的一步。③德國醫(yī)生邁爾通過對比不同地區(qū)人血顏色的差異，認識到食物中化學能與內能的等效性，即生物體內能量的輸入和輸出是平衡的。另外，他還通過海水在暴風雨中較熱的現(xiàn)象，猜想熱與機械運動的等效性。他在1841年和1842年連續(xù)寫出“論‘自然力’（指能量）”的論文，并推算了多少熱與多少功相當。因此，邁爾是公認的第一個提出能量守恒思想的人。④德國科學家亥姆霍茲在不了解邁爾和焦耳研究的情況下，從永動機不可能制成這一事實出發(fā)，考察了自然界不同的“力”（指能量）之間的相互關系，提出了“張力”（即勢能）與“活力”（即動能）的轉化。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機體中能量的守恒問題。復習回顧：你還記得機械能守恒定律嗎？二、能量守恒定律在力學中，當系統(tǒng)只有重力和彈力做功時，系統(tǒng)的動能與勢能會發(fā)生相互轉化，而動能與勢能的總量保持不變，這就是機械能守恒定律。在熱力學領域內，做功和熱傳遞可以改變系統(tǒng)的內能，即系統(tǒng)內能與系統(tǒng)外的能量會發(fā)生轉化或轉移，但能的總量不會改變。內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。意義：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學史上的重大事件。恩格斯、把它與細胞學說、生物進化論一起列為19世紀的三大發(fā)現(xiàn)。它是自然科學長期發(fā)展和進步的結果，是普遍、和諧、可靠的自然規(guī)律之一。對能量守恒定律的理解能量的存在形式及相互轉化①各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有諸如電磁能、化學能、原子能等。②各種形式的能，通過做功可以相互轉化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能。對能量守恒定律的理解守恒條件與某種運動形式對應的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。討論：17?18世紀，許多人致力于制造一種機器，它不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功，史稱“第一類永動機”。然而，為此目的的任何嘗試都失敗了。這是為什么呢？歷史上一種永動機的設計三、永動機不可能制成違背了能量守恒定律。①如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內能減少，即U2<U1，則W<0，系統(tǒng)對外做功是要以內能減少為代價的，若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下，是不可能的。②層出不窮的永動機設計方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人類制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。討論：回顧開始時的問題飲水小鴨是永動機嗎？不是小鴨頭部的毛氈“飲水”后，水蒸發(fā)吸熱，導致頭部溫度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸氣被液化，壓強減小，液柱上升，小鴨重心上移，直到小鴨傾倒。處于傾倒位置的小鴨，頭部再次被浸濕，上下玻璃球內的氣體相通，壓強相等，乙醚流回下玻璃球內，重心下