5.10能量守恒定律與能源課件

1、5.10 能量守恒定律與能源,一、能量守恒定律,1、能量守恒定律的內(nèi)容 能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總和保持不變,2、能量守恒定律的建立有何重大意義？ 能量守恒定律的建立過(guò)程，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式和諧美是科學(xué)的魅力所在,歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機(jī)器，即永動(dòng)機(jī)，這樣的機(jī)器能不能制成？為什么？ 不能 違背了能量守恒定律,能量守恒定律的建立過(guò)程 從1

2、6世紀(jì)到18世紀(jì)經(jīng)過(guò)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(dòng)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(shí)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(yàn)否定了熱質(zhì)說(shuō)把物體內(nèi)能的變化與機(jī)械運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)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(shí)期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來(lái)進(jìn)行電鍍?cè)谏飳W(xué)界，證明了動(dòng)物維持體溫和進(jìn)行機(jī)械活動(dòng)的能量跟它所攝取的食物的化學(xué)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

3、耳和荄姆霍茲等人完成德國(guó)醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開(kāi)始對(duì)能量進(jìn)行研究的1842年，他從“無(wú)不生有，有不變無(wú)”的哲學(xué)觀(guān)念出發(fā)表達(dá)了對(duì)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(guó)物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時(shí)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(yàn)，用各種方法測(cè)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(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)在1847年，當(dāng)焦耳宜布他的能量觀(guān)點(diǎn)的時(shí)候，德國(guó)學(xué)者荄姆霍茲在柏林也宜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

4、轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動(dòng)機(jī)不可能制造成功聯(lián)系起采，他認(rèn)為不可能無(wú)中生有地創(chuàng)造一個(gè)永久的推動(dòng)力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量,荄姆霍茲在論文里對(duì)能量守恒定律作了一個(gè)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能量守恒地研究他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨(dú)立地研究，卻幾乎同耐發(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(shí)，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn),自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對(duì)應(yīng)于不同的運(yùn)動(dòng)形式，能量也有不同的形式，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能，熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能電磁運(yùn)動(dòng)的電磁能，化學(xué)運(yùn)動(dòng)的化學(xué)能等，他們分別以各種運(yùn)動(dòng)形式特

5、定的狀態(tài)參量來(lái)表示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生變化或運(yùn)動(dòng)量發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)系統(tǒng)傳遞給另一個(gè)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(chēng)為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一(另兩個(gè)發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說(shuō)，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論),能量守恒定律的建立過(guò)程，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式和諧美是科學(xué)的魅力所在,課堂訓(xùn)練 下列對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是( ) A。某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加 B。某

6、個(gè)物體的能減少必然有其他物體的能增加 C。不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 D。石子從空中落下，最后慘止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了,解析； A選項(xiàng)是指不同形式的能量間在轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中是守恒的 B選項(xiàng)是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過(guò)程中是守恒的這正好是能量守恒定律的兩個(gè)方面轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移任何永動(dòng)機(jī)都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律，所以ABC正確 D選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變化，比如受空氣阻力作用，機(jī)械能可能要減少，但機(jī)械能并沒(méi)有消失，能量守恒定律表明能量既不能創(chuàng)生，也不能消失故D是錯(cuò)的,二、能源和能量耗散,1、什么是能量耗散？ 熱和光被其它物質(zhì)吸收之后變成環(huán)境的

7、內(nèi)能，我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量耗散。 2、能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？ 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)量上并沒(méi)有減少，但在可利用的品質(zhì)上降低。,例1 一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿 斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過(guò)程中，拉力F所做的功的大?。ń^對(duì)值）為A，斜面對(duì)滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為G，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變（指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能）等于多少？，滑塊的重力勢(shì)能的改變等于多少？滑塊機(jī)械能（指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和）的改變等于多少？,解析： 根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根據(jù)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，重力勢(shì)能的減少