第三章熱力學(xué)定律3.3能量守恒定律目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當(dāng)堂小練1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律.2.知道第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.學(xué)習(xí)目標(biāo)讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會(huì)兒，又會(huì)慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會(huì)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(dòng)機(jī)嗎?新課導(dǎo)入人類對(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)行長期探索中建立起來的。所有自然現(xiàn)象都涉及能量，人類的任甸活動(dòng)都離不開能量。能量具有不同的形式，有描述熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能、描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能、描述光輻射的光能，等等。不同形式的運(yùn)動(dòng)都可以用能量來描述。人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)1798年1831年1821年1820年倫福德的實(shí)驗(yàn)表明熱的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電現(xiàn)象法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、探索足跡新課講解能量守恒觀念的形成能量守恒觀念的形成由于能量既抽象又以各種不同的形式廣泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及產(chǎn)生并不是一蹴而就的。從各種實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，再到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的被質(zhì)疑，科學(xué)家們付出了大量的努力。應(yīng)該說，人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)過程，體現(xiàn)了科學(xué)前輩們對(duì)“守恒”這一科學(xué)思想的追尋。從18世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉，不同領(lǐng)域的科學(xué)家從不同角度都提出過能量守恒的思想。人類對(duì)能量守恒的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)由淺人深、由含糊到清晰的過程。1836年1843年1842年1841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)焦耳發(fā)現(xiàn)電流的熱效應(yīng)邁爾表述了能量守恒定律焦耳測(cè)定做功與傳熱的關(guān)系1847年亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)能量守恒定律探究活動(dòng)1：觀察手機(jī)無線充電的過程，思考能量是如何變化的？探究活動(dòng)2：觀察下列圖片，思考能量是如何變化的？雞蛋的內(nèi)能水的內(nèi)能A球的動(dòng)能B球的動(dòng)能煮熟的雞蛋放進(jìn)冷水里牛頓擺探究活動(dòng)3：觀察下列圖片，思考能量從何而來的？電燈為什么會(huì)發(fā)光?電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失思考：通過上述圖片，你可以得出什么結(jié)論？二、能量守恒定律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)移的過程中其總量不變。2、表達(dá)式：E初=E末3、意義：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，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)。三、第一類永動(dòng)機(jī)2、永動(dòng)機(jī)給我們的啟示人類利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律.1、第一類永動(dòng)機(jī)概念：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能源源不斷地對(duì)外做功.結(jié)果：無一例外地歸于失敗.原因：違背了熱力學(xué)第一定律.著名科學(xué)家達(dá)·芬奇早在15世紀(jì)就提出過永動(dòng)機(jī)不可能的思想，他曾設(shè)計(jì)過一種轉(zhuǎn)輪，如圖所示.在轉(zhuǎn)輪邊沿安裝一系列的容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動(dòng)有可能使轉(zhuǎn)輪永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是經(jīng)過仔細(xì)研究之后，得出了否定的結(jié)論.他從許多類似的設(shè)計(jì)方案中認(rèn)識(shí)到永動(dòng)機(jī)的嘗試是注定要失敗的.他寫道：“永恒運(yùn)動(dòng)的幻想家們！你們的探索何等徒勞無功！還是去做淘金者吧！”達(dá)·芬奇設(shè)想的永動(dòng)機(jī)

滾球永動(dòng)機(jī)17世紀(jì)，英國有一個(gè)被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的“永動(dòng)機(jī)”，如圖所示.轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)4.3米，有40個(gè)各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運(yùn)動(dòng)，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時(shí)，鋼球會(huì)自動(dòng)地滾向中心.據(jù)說，他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置.國王看了很是高興，就特赦了他.其實(shí)這臺(tái)機(jī)器是靠慣性來維持短時(shí)運(yùn)動(dòng)的.

滾球永動(dòng)機(jī)

軟臂永動(dòng)機(jī)19世紀(jì)有人設(shè)計(jì)了一種特殊機(jī)構(gòu)，如圖所示.它的臂可以彎曲.臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長的臂端，使力矩增大.轉(zhuǎn)到另一側(cè)，軟臂開始彎曲，向軸心靠攏.設(shè)計(jì)者認(rèn)為這樣可以使機(jī)器獲得轉(zhuǎn)矩.然而，他沒有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉(zhuǎn)輪只能停止在原地.軟臂永動(dòng)機(jī)

把水池的水提到高處，再讓升高的水推動(dòng)水輪機(jī)，水輪機(jī)除了帶動(dòng)水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉(zhuǎn)不斷提水，如此周而復(fù)始，不就可以無需擔(dān)心天旱水枯了嗎？一時(shí)間，響應(yīng)他的人大有人在，形形色色的自動(dòng)水輪機(jī)陸續(xù)提出，竟出現(xiàn)了熱潮.1.水溝2.阿基米得螺旋3.水輪4.水磨阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī)阿基米得螺旋永動(dòng)機(jī)1681年，英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個(gè)建議，利用阿基米得螺旋.磁力永動(dòng)機(jī)大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī).他的設(shè)計(jì)如圖所示.A是一個(gè)磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去.大概他那時(shí)還沒有建立庫侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認(rèn)真想一想，其荒謬處就一目了然了.磁力永動(dòng)機(jī)

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).（不吃草的馬）根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.課堂小結(jié)學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.(多選)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說法中，正確的是(

)A．用太陽灶燒水是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．煤燃燒是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能D．風(fēng)車發(fā)電是風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能答案：ABD解析：用太陽灶燒水是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，A正確；電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能，B正確；煤燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C錯(cuò)誤；風(fēng)車發(fā)電是風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，D正確．2.如圖所示是密閉的汽缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體(可視為理想氣體)，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，則缸內(nèi)氣體的(

)A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200J答案：A解析：對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU為正，表示內(nèi)能增加了600J，對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體來說，內(nèi)能等于所有分子動(dòng)能的和，內(nèi)能增加，則氣體分子的平均動(dòng)能增加，溫度升高，A正確．3.(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．違背了能量守恒定律答案：AD解析：維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗`背了能量守恒定律．小球上升過程中，磁場(chǎng)力對(duì)小球做正功，使小球增加了機(jī)械能；但小球下落時(shí)，同樣也受到磁場(chǎng)力，而且磁場(chǎng)力做負(fù)功，這個(gè)負(fù)功與上升過程的正功相互抵消，可見，即使忽略摩擦，要想在Q處對(duì)外做功，也是沒有能量來源的，所以維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”不可能實(shí)現(xiàn)．故選A、D.4．如圖所示，一定質(zhì)量