人教版（2003）高中物理必修二第七章机械能守恒定律——能量守恒定律与能源

, 能量守恒定律与能源必修二第七章新课标版 二十一世纪，谁掌握了新能源，谁就掌握了整个世界！——韩方明(中国首席能源专家） 能源能量守恒定律能量耗散能源转换永动机节约能源 塔式太阳能热电站电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。太阳能内能机械能电能 雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，一部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升高1万—2万摄氏度。电能光能、声能、内能 光合作用光能化学能 思考:我们已经学习过，在只有重力和弹力做功的情形下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从机械能守恒定律。那么，当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否也服从类似的规律呢？ 一1（1）能量的转化水果电池化学能→电能机械能→内能钻木取火 一1（1）能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋→凉水动能：风→帆船帆船远航 一1（2）什么是永动机据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，他每天被迫干好多活，终于有一天，这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想：有没有一种机器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的话就太好了。据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个思想的火花在1200年前从印度出发，传到了伊斯兰教世界，并传到了西方。 一1（2）永动机的梦想上世纪20年代德国一个设计，这是一个能够永远运动下去的汽车，想想看这个永动机为什么不行？ 一1（2）永动机的梦想大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFE返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿曲面轨道连续运动下去。ACFEB这个设计能成功吗？ 一1（2）永动机梦想的破灭此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、电磁力、流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。 一1（2）永动机的启示制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。 一2.能量守恒定律的建立过程迈尔1840到1841年初，德国的迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。迈尔认为，热能、化学能、机械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。迈尔(1814－1878) 一2.能量守恒定律的建立过程焦耳1840年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，焦耳发现了电热之间的关系——焦耳定律。焦耳从1840——1878年近40年的时间里，研究了电流热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。 一2.能量守恒定律的建立过程亥姆霍兹亥姆霍兹（1821—1894），德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院，并常在柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理。 一3.能量守恒定律的内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 一4.能量守恒定律的意义能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，是，是大自然普遍和谐性的一种表现形式。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。最普遍最重要最可靠自然规律之一 二能源和能量耗散1.能源分类能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。能源可分为常规能源和新能源两类。常规能源：煤、石油和天然气等。新能源：太阳能、风能、潮汐能、地热能我们人类使用能源的历史又是怎么样的呢？ 二2.人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期出现年代：五六十万年前火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。 二2.人类对能源的利用经过了三个时期蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。煤炭时期出现年代：2000年前 二2.人类对能源的利用经过了三个时期石油时期出现年代：19世纪80年代内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。 三3为什么要节约能源（1）能源短缺2015年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采41年；全球天然气储量为186.9万亿立方米，仅供开采52.8年。世界煤炭探明储量只能满足目前生产和生活水平114年的全球需要。 （2）环境恶化温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄两极冰山融化 “我觉得，地球上60亿人都应该向我们说抱歉。”图瓦卢居民MitianaTrevor在斐济苏瓦接受广州日报记者采访时说50年之后，海水涨潮时图瓦卢这个国家将不会有任何一块土地能露在海面上。 20年之后威尼斯将从地图上永远消失35年之后马尔代夫将沉睡在大海之下50年之后南北极冰川减少90%70年之后冰风暴席卷地球100年之后，地球毁容。全球几乎有一半的城市将会在50年内被海水淹没，而深圳，广州，上海，天津，福州......东京，夏威夷，包括澳大利亚黄金海岸在内的所有海岸线将会全面缩短！ 二3（2）环境恶化汽车的尾气 二3（2）环境恶化空中死神――酸雨化石燃料(煤和燃油)的燃烧 二3（2）环境恶化大气污染 燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能而散失掉。能量耗散 二3（3）能量耗散能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用变成不便于利用的了，这是能源危机更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性． 能量转化和转移的方向性内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发的由低温物体向高温物体转移 能量转化和转移的方向性机械能可以全部转化为内能而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化意味着热机的效率不可能达到1000/0 能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．通过以上分析我们知道了：节约能源，刻不容缓返回 新能源太阳能返回 新能源新疆达坂风力发电厂风能返回 新能源深圳大亚湾核电站核能返回 新能源西藏羊八井地热电站温泉地热能返回 一、能量守恒定律1.能量守恒定律建立的依据（1）能量的转化与转移（2）永动机不可能制成2.能量守恒定律的建立过程迈尔焦耳亥姆霍兹3.能量守恒定律的内容4.能量守恒定律的意义二、能源和能量耗散1.能源的分类2.能源与社会发展3.为什么要节约能源（1）能源短缺（2）环境恶化（3）能量耗散作业：创新设计小结：能量守恒定律与能源课堂小训 本课到此结束，谢谢 化学能转化为内能风的机械能转移到帆船上内能由火炉转移给水电能转化为光能光能转化为化学能机械能转化为内能例1、指出下列现象中能量的转化或转移情况：（1）人在跑步时，身体发热（　　　）（2）风吹动帆船前进（　　）（3）放在火炉旁的冷水变热（　）（4）电流通过灯泡，灯泡发光（　　）（5）植物进行光合作用（　　）（6）用毛巾反复擦背，感觉后背热了（　）小试牛刀返回 例2、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能量减少．必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了注意：能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒。在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移。既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？返回 例3、下列说法中正确的是A.不同形式能量的转化是通过做功来实现的B.做功的过程总是伴随着能量的转化（或转移）C.某种形式的能量增加10J，一定有其他形式的能量减少10JD.某个物体的能量减少10J，一定有其他物体的能量增加10J返回 例4、在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开，室内空气温度将A．升高．B．不变．C．降低D．不可能升高．返回 例5、近年来，在公交车和出租车中推行用天然气代替汽油作燃料的改革，取得了显著的进展，走上街头你会发现不少公交车和出租车上印有“CNG”的标记，代表它们是以天然气作为燃料的汽车则推广这一改革的主要目的是A．延长发动机的寿命B．促进地方经济和西部发展C．减少大气污染D．节约能源返回 例6、一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是A、物体机械能不变，内能也不变B、物体机械能减小，内能不变C、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小D、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变返回 例6、一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示。现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点。在此过程中，绳的重心位置A.逐渐升高B.逐渐降低C.先降低后升高D.始终不变DABC解析：外力对绳索做功，绳索的机械能增加。由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果。正确选项为A。返回