4.1能量 能量守恒定律 課件 高二上學(xué)期物理教科版（2019）必修第三冊(cè)

第四章能源與可持續(xù)發(fā)展4.1能量能量守恒定律教科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)目錄1234新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)新課講解經(jīng)典例題5課堂練習(xí)6課堂小結(jié)拉長(zhǎng)的橡皮筋山巔的危石運(yùn)動(dòng)的足球西藏羊八井地?zé)岢厥澄锾?yáng)光你能說(shuō)出上面物體都具有什么形式的能量嗎？新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解能量的概念及能量的分類。2.通過(guò)對(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的確切含義。3.學(xué)會(huì)用能量的觀點(diǎn)理解和處理問(wèn)題。對(duì)于由幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的條件是：只有重力或彈力做功。這就是說(shuō)，除了這些力做功以外，如果還有其他力做功，則該系統(tǒng)的機(jī)械能就不守恒。這里的其他力，可以分成兩類，一類是系統(tǒng)以外的物體對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力，簡(jiǎn)稱外力；另一類則是系統(tǒng)內(nèi)的物體間除重力或彈力外的其他相互作用力，例如滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱為其他內(nèi)力。如果一個(gè)系統(tǒng)除重力或彈力以外，還有外力做功，系統(tǒng)的機(jī)械能就會(huì)發(fā)生變化：如果外力做正功，系統(tǒng)的機(jī)械能增加，反之則系統(tǒng)的機(jī)械能減少。如果一個(gè)系統(tǒng)除重力或彈力以外，還有其他內(nèi)力（如滑動(dòng)摩擦力）做功，由于一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力所做功之和一定是負(fù)值，因此系統(tǒng)的機(jī)械能會(huì)減少，同時(shí)有熱量產(chǎn)生（稱為摩擦生熱）。精確的研究證明，系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于所生成的熱量，也可以說(shuō)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。一、機(jī)械能的守恒與不守恒二、能量的分類1.人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)

能量的概念是人類在對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行長(zhǎng)期探索中建立起來(lái)的。所有自然現(xiàn)象都涉及能量，不同形式的運(yùn)動(dòng)都可以用能量來(lái)描述。風(fēng)能水能光能電能

要用聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統(tǒng)一起來(lái)描述。各種能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。電能與磁能的轉(zhuǎn)化電能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化⑵各種形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化電和磁可以相互轉(zhuǎn)化熱和電也可以相互轉(zhuǎn)化在認(rèn)識(shí)自然的進(jìn)程中，科學(xué)家慢慢知道了要用聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然。機(jī)械能的各種形式之間可以相互轉(zhuǎn)化重力勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)化熱能與電能轉(zhuǎn)化電能與磁能轉(zhuǎn)化歷史上有很多“聰明”的人耗費(fèi)大量的精力和時(shí)間，力圖發(fā)明一種不使用任何動(dòng)力就能一直運(yùn)轉(zhuǎn)并為人類做功的機(jī)器，也就是所謂的永動(dòng)機(jī)。永動(dòng)機(jī)的狂熱追隨者們無(wú)一例外都以失敗告終。這是為什么呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，那是因?yàn)樗麄冞`背了一條自然界最基本的規(guī)律——能量守恒定律。三、能量守恒定律俄國(guó)化學(xué)家蓋斯：任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還是分幾步完成，放出的總熱量相同。表明一個(gè)系統(tǒng)（即參加化學(xué)反應(yīng)的幾種物質(zhì)）存在著一個(gè)與熱量相關(guān)的物理量，在一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)中這個(gè)量是不變的。德國(guó)醫(yī)生邁爾通過(guò)比對(duì)不同地區(qū)人血顏色的差異，認(rèn)識(shí)到食物中化學(xué)能與內(nèi)能的等效性，即生物體內(nèi)能量的輸入和輸出是平衡的。另外，他還通過(guò)海水在暴風(fēng)雨中較熱的現(xiàn)象，猜想熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的等效性。他在1841年和1842年連續(xù)寫出“論‘自然力’（指能量）守恒”的論文，并推算了多少熱與多少功相當(dāng)。因此，邁爾是公認(rèn)的第一個(gè)提出能量守恒思想的人。人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)過(guò)程，體現(xiàn)了科學(xué)前輩們對(duì)“守恒”這一科學(xué)思想的追尋。焦耳的實(shí)驗(yàn)精確地測(cè)量了做功與傳熱之間的等價(jià)關(guān)系，從而為能量守恒定律奠定了牢固的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，也為能量守恒的定量描述邁出了重要的一步。德國(guó)科學(xué)家亥姆霍茲在不了解邁爾和焦耳研究的情況下，從永動(dòng)機(jī)不可能制成這一事實(shí)出發(fā)，考察了自然界不同的“力”（指能量）之間的相互關(guān)系，提出了“張力”（即勢(shì)能）與“活力”（即動(dòng)能）的轉(zhuǎn)化。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機(jī)體中能量的守恒問(wèn)題。1.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。能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然規(guī)律之一，它與細(xì)胞學(xué)說(shuō)，進(jìn)化論一起被恩格斯譽(yù)為十九世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。E初=E末2.意義①自然界存在著多種不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著一種形式的能量。③能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過(guò)程。機(jī)械運(yùn)動(dòng)———機(jī)械能熱運(yùn)動(dòng)———內(nèi)能化學(xué)運(yùn)動(dòng)——化學(xué)能電荷運(yùn)動(dòng)——電能生物運(yùn)動(dòng)——生物能原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)——原子能②不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。3.說(shuō)明（1）熱力學(xué)第一定律揭示了功、熱量和內(nèi)能的變化量的定量關(guān)系，同時(shí)也體現(xiàn)了功、熱量和物體內(nèi)能的變化滿足一種守恒關(guān)系。因此熱力學(xué)第一定律也是能量守恒定律的一種具體情況。（2）不同力做功對(duì)應(yīng)著不同的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，能量的具體值沒(méi)有多大意義，多數(shù)情況下，我們更關(guān)心能量的變化量。功是能量變化的量度，即W=?E，這也是應(yīng)用能量守恒定律解題時(shí)常用的一種表達(dá)式。4.能量守恒定律的深刻理解四、永動(dòng)機(jī)1.永動(dòng)機(jī)：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功，這種機(jī)器叫永動(dòng)機(jī)。（人們把這種不消耗能量的永動(dòng)機(jī)叫第一類永動(dòng)機(jī)）2.歷史上的永動(dòng)機(jī)：螺旋永動(dòng)機(jī)達(dá)·芬奇滾球永動(dòng)機(jī)馬爾基斯軟臂永動(dòng)機(jī)19世紀(jì)設(shè)計(jì)2.歷史上的永動(dòng)機(jī)：螺旋永動(dòng)機(jī)弗拉德磁力永動(dòng)機(jī)泰斯尼爾斯

任何動(dòng)力機(jī)械的作用都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能然后再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能......如果沒(méi)有燃料、電流或其他動(dòng)力的輸入，能量從哪里來(lái)呢！永動(dòng)機(jī)的思想違背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。典例分析1.下列有關(guān)能量的描述正確的是 (

)A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律B.工作中的電風(fēng)扇,消耗的電能大于輸出的機(jī)械能,該過(guò)程能量不守恒C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來(lái),動(dòng)能消失,能量不守恒D.同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,質(zhì)量越大,勢(shì)能減少越快,機(jī)械能減少也越快A答案：A解析：馬兒跑的時(shí)候需要消耗能量,而草能夠?yàn)轳R兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,故A正確;工作中的電風(fēng)扇,消耗的電能大于輸出的機(jī)械能,損失的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,該過(guò)程能量仍守恒,故B錯(cuò)誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來(lái),減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,能量守恒,故C錯(cuò)誤;同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,運(yùn)動(dòng)的快慢與質(zhì)量無(wú)關(guān),減少的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,機(jī)械能不變,故D錯(cuò)誤。典例分析2．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的是（）A．用太陽(yáng)灶燒水是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B典例分析3．某次蹦極時(shí)，跳躍者站在懸崖的平臺(tái)上，把一端固定的一根長(zhǎng)長(zhǎng)的橡皮條綁在踝關(guān)節(jié)處，然后兩臂伸開(kāi)，雙腿并攏，頭朝下跳下去，仿若掉入無(wú)底洞，整個(gè)心臟仿佛要跳出，約5s時(shí)突然往上反彈，反復(fù)持續(xù)4-5次，定神一看，自己已安全懸掛于半空中。在人從跳出到靜止的過(guò)程中（）A．只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變B．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，轉(zhuǎn)化過(guò)程中能的總量減少了C．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，轉(zhuǎn)化過(guò)程中能的總量是守恒的D．其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，轉(zhuǎn)化過(guò)程中能的總量增加C課堂練習(xí)1．“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，這是因?yàn)椋ǎ〢．它不符合機(jī)械能守恒定律B．它違背了能量守恒定律C．它做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量D．暫時(shí)找不到合理的設(shè)計(jì)方案和理想材料B課堂練習(xí)2、植物進(jìn)行光合作用的過(guò)程，是（）A、光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B、內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能D、光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能A課堂練習(xí)3．下面設(shè)想符合能量守恒定律的是（）A．利用永久磁鐵間的作用力可以制造一臺(tái)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器B．做一條利用風(fēng)能逆水航行的船C．通過(guò)太陽(yáng)照射使飛機(jī)起飛D．不用任何燃料，河水就一定不能升溫BC課堂練習(xí)4．下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是（）A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加B．某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C．不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)械（第一類永動(dòng)機(jī)）不可能制成D．樹(shù)葉從空中落下，最后停止在地面上，說(shuō)明能量消失了ABC課堂練習(xí)5.(多選)約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)機(jī)”,如圖所示,在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁鐵,斜坡上端有一個(gè)小孔,斜面下有一個(gè)連接小孔直至底端的彎曲軌道。維爾金斯認(rèn)為:如果在斜坡底端放一個(gè)小鐵球,那么由于磁鐵的吸引,小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到小孔P處時(shí),它就要掉下,再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以對(duì)外做功,然后又被磁鐵吸引回到上端,到小孔P處又掉下。關(guān)于維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”,正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是(

)

A.一定不可能實(shí)現(xiàn)B.如果忽略斜面的摩擦,維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”一定可以實(shí)現(xiàn)C.如果忽略斜面的摩擦,鐵球質(zhì)量較小,磁鐵磁性又較強(qiáng),則維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”可以實(shí)現(xiàn)D.違背能量守恒定律AD課堂小