第三章

熱力學(xué)定律第3節(jié)

能量守恒定律

02主題二、探尋能量守恒的足跡01主題一、永動機目錄CONTENTS03主題三、能量守恒定律第3節(jié)

能量守恒定律

04主題四、能量守恒定律的應(yīng)用新課引入：觀察下邊的視頻，難道真有“永動機”？第一部分永動機達芬奇設(shè)計經(jīng)典設(shè)計方案一、永動機1.第一類永動機:不消耗任何燃料能持續(xù)轉(zhuǎn)動的機器磁動力設(shè)計方案這些設(shè)想全部失敗，永動機的失敗促使人們思考原因一、永動機1.第一類永動機:不消耗任何燃料能持續(xù)轉(zhuǎn)動的機器2.第二類永動機:將燃料化學(xué)能百分之百轉(zhuǎn)化的機器第二部分探尋能量守恒的足跡

能量的概念是人類在對物質(zhì)運動規(guī)律進行長期探索中建立起來的。在科學(xué)史上人們真正以“能量”的觀念來探索各種運動形式本質(zhì)的過程卻是非常曲折的。能量具有不同的形式，有描述熱運動的內(nèi)能、描述機械運動的機械能、描述光輻射的光能，等等。不同形式的運動都可以用能量來描述。也就是說，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統(tǒng)一起來描述。二、探尋能量守恒的足跡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。二、探尋能量守恒的足跡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。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。二、探尋能量守恒的足跡4.德國科學(xué)家亥姆霍茲(1821—1894)：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。

1847年，德國年僅26歲的軍醫(yī)赫爾曼·赫爾姆霍茨寫了論文《論力的守恒》，闡述能量守恒的思想。他的論文寄到《物理學(xué)和化學(xué)年鑒》雜志，同樣被主編波根道夫所壓制，沒有發(fā)表。后來，赫爾姆霍茨自費印刷了這篇論文。二、探尋能量守恒的足跡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)能量守恒定律二、探尋能量守恒的足跡第三部分能量守恒定律(1)說明各種形式的能可以___________。

能量既不會憑空_____，也不會憑空_____，它只能從一種形式_____為另一種形式，或者從一個物體_______到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量____________。(2)各種物理現(xiàn)象可以用______________聯(lián)系在一起。1.內(nèi)容:產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變相互轉(zhuǎn)化能量守恒定律(3)宣告第一類永動機不可能制成。2.意義:三、能量守恒定律(1)是一個普遍適用的定律3.重要性:(1)是一個普遍適用的定律3.重要性:比機械能守恒定律應(yīng)用更廣(2)將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)(3)指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)、科研泡利和費米利用能量守恒預(yù)言了中微子的存在;(4)19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一(恩格斯)另外兩大學(xué)說：細(xì)胞學(xué)說；生物進化論宣告了第一類永動機造不成三、能量守恒定律三、能量守恒定律光能轉(zhuǎn)化為電能重力勢能轉(zhuǎn)化為動能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能三、能量守恒定律重力勢能轉(zhuǎn)化為電能電能轉(zhuǎn)化為機械能三、能量守恒定律電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能三、能量守恒定律第四部分能量守恒定律的應(yīng)用四、能量守恒定律的應(yīng)用1.熱力學(xué)領(lǐng)域：ΔU=Q+W2.在力學(xué)中：機械能守恒定律3.在電學(xué)中：閉合電路歐姆定律4.在電磁學(xué)中：楞次定律注意:①自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對

應(yīng)著一種形式的能量。如：機械能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、生物能、原子能等

②能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。德國醫(yī)生邁爾英國學(xué)者焦耳俄國化學(xué)家蓋斯課堂小結(jié)

永動機非4人探尋能量守恒的足跡非4人能量守恒定律的應(yīng)用

能量守恒定律定義：不消耗任何燃料能持續(xù)轉(zhuǎn)動的機器。德國科學(xué)家亥姆霍茲內(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)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。1.熱力學(xué)領(lǐng)域：ΔU=Q+W2.在力學(xué)中：機械能守恒定律3.在電學(xué)中：閉合電路歐姆定律4.在電磁學(xué)中：楞次定律【典例1】下列對能的轉(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能增加B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不可能制成的D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了ABC課堂練習(xí)【典例2】一個物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說法正確的是（）A.物體機械能不變，內(nèi)能也不變B.物體機械能減小，內(nèi)能不變C.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量減小D.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量不變D課堂練習(xí)【典例3】如圖所示，這是中國傳統(tǒng)玩具飲水鳥。在鳥的面前放上一杯水，用手把鳥嘴浸到水里，小鳥“喝”了一口后，又直立起來。之后，無需人的干預(yù)，小鳥直立一會兒就會自己俯下身去使鳥嘴浸入水中“喝”水，然后又會直立起（）

A．飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內(nèi)能B．水杯中的水干了之后，小鳥還能點頭“喝”水C．這種玩具飲水鳥是一架永動機D．此現(xiàn)象違背了熱力學(xué)第一定律A

課堂練習(xí)【解析】A．玩具飲水鳥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，其原理是先在鳥嘴上滴一些水，水分蒸發(fā)過程中吸熱，溫度降低，壓強減小，使得頭部氣壓小于肚子中的氣壓，從而使肚子中的部分液體壓入頭部，使重心上移，鳥的身體變得不穩(wěn)定而發(fā)生傾斜，傾斜的過程中肚子中的玻璃管口脫離液面，從而使頭部的液體又回流到肚子中，使鳥的身體再回到開始的豎直狀態(tài)，而剛才傾斜的過程中鳥嘴剛好又沾到了水，之后鳥回到豎直狀態(tài)后，鳥嘴的水分蒸發(fā)，重復(fù)前面的運動過程，即飲水鳥上下運動的能量來源于周圍