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1、5.10 能量守恒定律與能源能量守恒定律與能源一、能量守恒定律一、能量守恒定律1、能量守恒定律的內(nèi)容、能量守恒定律的內(nèi)容 能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另外一個物體，而為其他形式或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另外一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總和保持不變在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，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有何重大意義？ 能量守恒定律的建立過程，是人類認(rèn)識自然的一次重大能量守恒定律的建立過程，是人類認(rèn)識自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進步的

2、結(jié)果它的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進步的結(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器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為斷做功的機器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為什么？什么？不能不能違背了能量守恒定律違背了能量守恒定律 能量守恒定律的建立過程 從16世紀(jì)到18世紀(jì)經(jīng)過伽利略、牛頓，惠更斯、萊布尼茨以及伯努利等許多物

3、理學(xué)家的認(rèn)真研究，使動力學(xué)得到了較大的發(fā)展，機械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想，在這一時期已經(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驗否定了熱質(zhì)說把物體內(nèi)能的變化與機械運動聯(lián)系起來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)象這一時期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來進行電鍍在生物學(xué)界，證明了動物維持體溫和進行機械活動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、焦耳和荄姆霍茲等人完成德國醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開始對能量進行研究的

4、1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念出發(fā)表達(dá)了對能量轉(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物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時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)和機械作用之間的聯(lián)系，做了400多次實驗，用各種方法測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)奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)在1847年，當(dāng)焦耳宜布他的能量觀點的時候，德國學(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、機械能、電磁能、光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動機不可能制造成功聯(lián)系起采，他認(rèn)為不可能無

5、中生有地創(chuàng)造一個永久的推動力，機器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量 荄姆霍茲在論文里對能量守恒定律作了一個清晰、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，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，對應(yīng)于不同的運動形式，能量也有不同的形式，如機械運動的動能和勢能，熱運動的內(nèi)能電磁運動的電磁能，化學(xué)運動的化學(xué)能等，他們分別以各種運動形式特定的狀態(tài)參量來表示。當(dāng)運動形式發(fā)生變化或運動量發(fā)生轉(zhuǎn)移時，能量也從一

6、種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個系統(tǒng)傳遞給另一個系統(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)化和守恒定律稱為“偉大的運動基本規(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(另兩個發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進化論) 能量守恒定律的建立過程，是人類認(rèn)識自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進步的結(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)練課堂訓(xùn)練 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。某個物體的能減少必然有其他物體的能增加 C。不需要任何外界的動

7、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，最后慘止在地面上，說明機械能消失了 解析； A選項是指不同形式的能量間在轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中是守恒的 B選項是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中是守恒的這正好是能量守恒定律的兩個方面轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移任何永動機都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律，所以ABC正確 D選項中石子的機械能在變化，比如受空氣阻力作用，機械能可能要減少，但機械能并沒有消失，能量守恒定律表明能量既不能創(chuàng)生，也不能消失故D是錯的 二、能源和能量耗散二、能源和能量耗散1、什么是能量耗散？、什么是能量耗散？ 熱和光被其它物質(zhì)吸收之后變成環(huán)境的內(nèi)能，我們無法熱和光被其它

8、物質(zhì)吸收之后變成環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量耗散。把這些內(nèi)能收集起來重新利用。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，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少，但在可利用的品質(zhì)過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少，但在可利用的品質(zhì)上降低。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 斜面運動了一段距離。若已知在這過程中，拉力F所做的功的大?。ń^對值）為A，斜面對滑塊的作

9、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，小滑塊的動能的改變（指末態(tài)動能減去初態(tài)動能）等于多少？，滑塊的重力勢能的改變等于多少？滑塊機械能（指動能與重力勢能之和）的改變等于多少？ 解析：解析： 根據(jù)動能定理，動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，斜面對滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實際上為摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系，重力勢能的減少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑塊機械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此E = A B D 小小 結(jié)結(jié)一、能量守恒定律一、能量守恒定律1、能量守恒定律的內(nèi)容、能量守恒定律的內(nèi)容2、能量守恒定律建立的意義、能量守恒定律建立的意義3、永動機不能制造成功的原因、永動機不能制造成功的原因二、能源和能量耗散二、能源和能量耗散