第3章熱力學(xué)定律新教科版高中物理選擇性必修第三冊第2節(jié)能量守恒定律觀察與思考：

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(fù)......

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1.人類對能量的認(rèn)識與能量之間的轉(zhuǎn)化風(fēng)能水能光能電能一、探索能量守恒的足跡2.能量之間的轉(zhuǎn)化電能與磁能的轉(zhuǎn)化電能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化3.能量守恒觀念的形成1836年蓋斯發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與反應(yīng)步驟無關(guān)1842年邁爾表述了能量守恒定律1841年焦耳發(fā)現(xiàn)電流的熱效應(yīng)1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)1843年焦耳測定做功與傳熱的關(guān)系1798年倫福德的實驗表明熱的本質(zhì)是運動1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電現(xiàn)象1847年亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)能量守恒定律一、探索能量守恒的足跡一、探索能量守恒的足跡4.不同領(lǐng)域科學(xué)家代表對能量守恒的認(rèn)識：(1)俄國化學(xué)家蓋斯：任何一個化學(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。這表明一個系統(tǒng)（即參加化學(xué)反應(yīng)的幾種物質(zhì)）存在著一個與熱量相關(guān)的物理量，在一個確定的化學(xué)反應(yīng)中這個量是不變的。(2)焦耳：他的實驗精確地測量了做功與傳熱之間的等價關(guān)系，從而為能量守恒定律奠定了牢固的實驗基礎(chǔ)，也為能量守恒的定量描述邁出了重要的一步。一、探索能量守恒的足跡4.不同領(lǐng)域科學(xué)家代表對能量守恒的認(rèn)識：(3)德國醫(yī)生邁爾：通過比對不同地區(qū)人血顏色的差異，認(rèn)識到食物中化學(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，他還通過海水在暴風(fēng)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）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)的第一個提出能量守恒思想的人。(4)德國科學(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(guān)系，提出了“張力”（即勢能）與“活力”（即動能）的轉(zhuǎn)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。二、能量守恒定律1.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。2.能量守恒定律的歷史意義：（1）能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽為19世紀(jì)的三個最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。（2）能量守恒定律是在無數(shù)實驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。三、永動機不可能制成飲水鴨不斷飲水原因分析三、永動機不可能制成1.永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。（人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機）2.歷史上的永動機：螺旋永動機達(dá)·芬奇滾球永動機馬爾基斯軟臂永動機19世紀(jì)設(shè)計三、永動機不可能制成2.歷史上的永動機：螺旋永動機弗拉德磁力永動機泰斯尼爾斯三、永動機不可能制成3.現(xiàn)代的“永動機”：6.永動機給我們的啟示：人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律。4.最終結(jié)果：無一例外地歸于失敗。5.失敗的原因：違背了能量守恒定律。三、永動機不可能制成1．第一類永動機違反了什么而不能制成（）A．違反了熱力學(xué)第一定律 B．違反了機械能守恒定律C．違反了能量守恒定律 D．以上說法都不對C【答案】C【詳解】第一類永動機指不消耗任何能量但可以不斷輸出動力的發(fā)動機，例如通過燃燒氫氣發(fā)電，再用部分電產(chǎn)生氫氣，剩余部分輸出。它違反了能量守恒定律。故ABD錯誤，C正確，故選C。2．在陽光的照射下、太陽能小風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動。這說明（）A．動能可以憑空產(chǎn)生B．可以制造出不消耗能量的永動機C．太陽能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能D．太陽可以提供無窮無盡的能量，不需要節(jié)約能源C【答案】C【詳解】AC．在陽光的照射下、太陽能小風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動，是太陽能轉(zhuǎn)化成機械能，故A錯誤，C正確；B．不消耗能量的永動機違背能量守恒定律，不能制造，故B錯誤；D．能量不是取之不盡的，并且有些能量目前我們還無法利用，從而需要節(jié)約能源，故D錯誤。故選C。3．下列說法正確的是（）A．氣體吸收熱量時溫度一定升高B．外界對氣體做功時氣體的內(nèi)能一定增加C．因為能量是守恒的，所以能源是無限的資源D．第一類永動機違背能量守恒定律，不可能制成D【答案】D【詳解】A．氣體吸收熱量，若對外做功，則氣體的溫度不一定升高，選項A錯誤；B．外界對氣體做功時，若氣體放熱，則氣體的內(nèi)能不一定增加，選項B錯誤；C．能量是守恒的，但是能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化具有方向性，散失的能量不會自動聚集起來供我們再次利用，所以能源不是“取之不盡，用之不竭”的，即能源不是無限的資源，選項C錯誤；D．第一類永動機違背能量守恒定律，不可能制成，選項D正確。故選D。4．下列關(guān)于能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識正確的是(

)A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的增加B．某個物體的能減少，必然有其他物體的能增加C．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機不可能制成D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了ABC【答案】ABC【詳解】根據(jù)能量守恒定律得知，能量不會憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一個物體上轉(zhuǎn)移到另一個物體上，故某種形式的能減少，其它形式的能一定增加，某個物體的能