高中物理 《能量守恒定律與能源》文字素材1 新人教版必修2

1、能量守恒定律與能源一、能量守恒定律建立的過程：能量守恒定律是建立在自然科學發(fā)展的基礎(chǔ)上的，從16世紀到18世紀，經(jīng)過伽利略、牛頓、惠更斯、萊布尼茲以及伯努利等許多物理學家的認真研究，使動力學得到了較大的發(fā)展，機械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想，在這一時期已經(jīng)萌發(fā)。      18世紀末和19世紀初，各種自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系相繼被發(fā)現(xiàn)。倫福德和戴維的摩擦生熱實驗否定了熱質(zhì)說，把物體內(nèi)能的變化與機械運動聯(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)和其它的一些電磁現(xiàn)象。這一時期，電流的化學效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來進行電鍍。在生物學界，證明了動物

2、維持體溫和進行機械活動的能量跟它所攝取的食物的化學能有關(guān)，自然科學的這些成就，為建立能量守恒定律做了必要的準備。      能量守恒定律的最后確定，是在19世紀中葉由邁爾，焦耳和亥姆霍茲等人完成。      德國醫(yī)生邁爾是從生理學的角度開始對能量進行研究的。1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學觀念出發(fā)，表達了對能量轉(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。      英國物理學家焦耳從1840年到1878年將近40年的時間

3、里，研究了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度升高以及電，化學和機械作用之間的聯(lián)系，做了400多次實驗，用各種方法測定了熱和功之間的當量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。       在1847年，當焦耳宣布他的能量觀點的時候，德國學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，他分析了化學能，機械能，電磁能，光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動機不可能制造成功的聯(lián)系起來，他認為不可能無中生有的創(chuàng)造一個永久的推動力，機器只能轉(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

4、的論述，使這一定律為人們廣泛接受。        在19世紀中葉，還有一些人也致力于能量守恒的研究。他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨立的研究，卻幾乎同時發(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界的普遍承認。這一原理指出：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對應(yīng)于不同的運動形式，能量也有不同的形式，如機械運動的動能和勢能，熱運動的內(nèi)能，電磁運動的電磁能，化學運動的化學能等，他們分別以各種運動形式特定的狀態(tài)參量來表示。當運動形式發(fā)生變化或運動量發(fā)生轉(zhuǎn)移時，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另

5、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。     在19世紀中葉，還有一些人也致力于能量守恒的研究他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨立地研究，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界的普遍承認這一原理指出：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對應(yīng)于不同的運動形式，能量也有不同的形式，如機械運動的動能和勢能，熱運動的內(nèi)能，電磁運動的電磁能，化學運動的化學能等，他們分別以各種運動形式特定的狀態(tài)參量來表示當運動形式發(fā)生變化或運動量發(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

6、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“偉大的運動基本規(guī)律”，認為它的發(fā)現(xiàn)是l9世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)之一(另兩個發(fā)現(xiàn)是細胞學說，迭爾文的生物進化論) 二、高空的氣溫為什么低 研究大氣現(xiàn)象時常常用到熱力學第一定律通常把溫度、壓強相同的一部分空氣作為研究的對象，叫做氣團，直徑上千米由于氣團很大，邊緣部分和外界的熱交換對整個氣團沒有明顯的影響，所以氣目的內(nèi)能的增減只等于外界對它做功或它對外界做功的多少 陽光烤暖了大地，地面又使得下層的氣團溫度升高，密度減小，因而上升上升時氣團膨脹，推擠周圍的空氣，對外做功，因此內(nèi)能減小，溫度降低所以越高的地方，空氣的溫度越低

7、對于干燥的空氣，大約每升高1 km溫度降低7 飛機在萬米高空飛行的時候，艙外氣溫往往在一50以下由于機上有空調(diào)設(shè)備，艙內(nèi)總是溫暖如春不過這時空調(diào)的作用不是使空氣升溫，而是降溫高空的大氣壓比艙內(nèi)氣壓低，要使艙內(nèi)獲得新鮮空氣越須使用空氣壓縮機把空氣從艙外壓進來在這個過程中，空氣壓縮機對氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度上升如果不用空調(diào)，機艙內(nèi)的溫度可能迭到50以上 三、人類將優(yōu)先開發(fā)的五種新能源 ； 20世紀人類使用的能源主要有三種：原油、天然氣和煤炭根據(jù)國際能源機構(gòu)的統(tǒng)計，假使按目前的勢頭發(fā)展下去，不加節(jié)制，那么，地球上這三種能源供人類開采的年限，分別只有40年、50年和240年了 1 所以開發(fā)新

8、能源，替代上述三種傳統(tǒng)能源，迅速地遙年降低它們的消耗量，已經(jīng)成為人類發(fā)展中的緊迫課題核能在今后一段時期內(nèi)還將有所發(fā)展，但是核電站的最大使用期只有25年30年，核電站的建造、拆除和安全防護費用也不低，過多地建設(shè)核電站是否明智可取，還有待今后實踐和歷史來檢驗那么，人類將向何處尋找新能源呢?先進國家的能源專 家認為，太陽能、風能、地熱能、波浪能和氫能這五種新能源，在今后將肯定會優(yōu)先獲得開發(fā)利用 太陽能 太陽能利用的形式很多，例如：太陽能集熟為建筑供暖、供熱水，用太陽能電池驅(qū)動變通工具和其他動力裝置等等，這些都屬于太陽能小型、分散的利用形式太陽能大型、集中的利 用形式，則是太空發(fā)電在距離地面三萬多千米高空的同步衛(wèi)星上，太陽能電池每天24小時均可以發(fā)電，而且效率高迭地面的10倍太空電能可以通過對人體無害的微波向地面輸送風能 風能利用技術(shù)的不斷革新，使這種豐富的無污染能源正重放異彩，據(jù)估計，二三十年內(nèi)， 風力發(fā)電量將要占歐盟總電量的30左右 地熱能 ； 目前世界上已有近二百座地熱發(fā)電站投入了運行裝機容量數(shù)百萬千瓦研究表明，地熱能的蘊藏量相當于地球煤炭儲存熱能的l7億倍，可供人類消耗幾百億年，真可謂取之不 盡、用之不竭，今后將優(yōu)先利用開發(fā) 波浪能 主要的開發(fā)形式是海洋潮汐發(fā)電80年代挪威成功地建成一座小型潮汐發(fā)電站，讓漲潮的海水沖進有一定高度的貯水池，池