人教版高中物理必修2 第7章機(jī)械能守恒定律 7-10能量守恒定律與能源

能量守恒定律與能源必修二第七章新課標(biāo)版

二十一世紀(jì)，誰(shuí)掌握了新能源，誰(shuí)就掌握了整個(gè)世界！——韓方明(中國(guó)首席能源專(zhuān)家）能源能量守恒定律能量耗散能源轉(zhuǎn)換永動(dòng)機(jī)節(jié)約能源塔式太陽(yáng)能熱電站

電站有一個(gè)高塔，塔頂上裝有鍋爐，塔的周?chē)b有平面反射鏡，它把陽(yáng)光反射后集中在鍋爐上，把鍋爐內(nèi)的工作物質(zhì)水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過(guò)管道輸送到汽輪發(fā)電機(jī)。太陽(yáng)能內(nèi)能機(jī)械能電能

雷電是大氣中的一

種放電現(xiàn)象。雷雨云在

形成過(guò)程中，一部分積

聚起正電荷，另一部分

積聚起負(fù)電荷，當(dāng)這些

電荷積聚到一定程度時(shí)，

就產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

打雷放電時(shí)間極短，但電流異常強(qiáng)大。放電

時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)光，就是閃電。閃電時(shí)釋放出的大量

熱能，能使局部空氣溫度瞬間升高1萬(wàn)—2萬(wàn)攝氏

度。電能光能、聲能、內(nèi)能光合作用光能化學(xué)能思考:

我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，在只有重力和彈力做功的情形下，系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但其和保持不變，即服從機(jī)械能守恒定律。

那么，當(dāng)其它形式的能量如電能、內(nèi)能、化學(xué)能、光能等參與轉(zhuǎn)化時(shí)，是否也服從類(lèi)似的規(guī)律呢？一1（1）能量的轉(zhuǎn)化水果電池化學(xué)能→電能機(jī)械能→內(nèi)能鉆木取火一1（1）能量的轉(zhuǎn)移剛煮好的雞蛋放入涼水中內(nèi)能：雞蛋→涼水動(dòng)能：風(fēng)→帆船帆船遠(yuǎn)航一1（2）什么是永動(dòng)機(jī)

據(jù)說(shuō)很久很久以前，在印度有一個(gè)被地主壓迫

的可憐人，他每天被迫干好多活，終于有一天，這個(gè)

可憐的年輕人厭倦了這種生活，他就想：有沒(méi)有一種

機(jī)器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要

什么能量，要是有的話就太好了。 據(jù)說(shuō)這個(gè)就是最早的關(guān)于永動(dòng)機(jī)的想法。這個(gè)

思想的火花在1200年前從印度出發(fā)，傳到了伊斯蘭

教世界，并傳到了西方。一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想

上世紀(jì)20年代德國(guó)一個(gè)設(shè)計(jì)，這是一個(gè)能夠永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去的汽車(chē)，想想看這個(gè)永動(dòng)機(jī)為什么不行？一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想

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C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BFE

返回，復(fù)又被磁石吸引，

鐵球就可以沿曲面軌道

連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。ACFEB這個(gè)設(shè)計(jì)能成功嗎？一1（2）永動(dòng)機(jī)夢(mèng)想的破滅

此外，人們還提出過(guò)利用輪子的慣性、

細(xì)管子的毛細(xì)作用、電磁力、流水等獲得有

效動(dòng)力的種種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，但都無(wú)一例

外地失敗了。 層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，都在科學(xué)

的嚴(yán)格審查和實(shí)踐的無(wú)情檢驗(yàn)下一一失敗了。

1775年，法國(guó)科學(xué)院宣布“本科學(xué)院以后不

再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。一1（2）永動(dòng)機(jī)的啟示

制造永動(dòng)機(jī)的美好夢(mèng)想雖然破滅了，但

是，反思這一失敗的探索過(guò)程，它從反面給

人類(lèi)以啟迪：永動(dòng)機(jī)不可能制成，是不是說(shuō)

明自然界存在著一條法則，它使我們不可能

無(wú)中生有地獲得能量？也就是說(shuō)自然界各種

能量之間存在著一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系。一2.能量守恒定律的建立過(guò)程 邁爾 1840到1841年初，德國(guó)的邁爾在一艘海輪上當(dāng)了幾個(gè)月的隨船醫(yī)生。

這段旅程成為了他在物理學(xué)上作出

成就、從醫(yī)學(xué)的途徑得出能量守恒

的結(jié)論的起點(diǎn)。邁爾認(rèn)為，熱能、化學(xué)能、機(jī)械能都是等價(jià)的，而且是可以相互轉(zhuǎn)化的。1842年邁爾從“無(wú)不生有，有不變無(wú)”和“原因等于結(jié)果”的觀念出發(fā)，表述了物理、化學(xué)過(guò)程中各種力(能)的轉(zhuǎn)化和守恒的

思想。邁爾是歷史上第一個(gè)提出能量守恒定律的人。邁爾(1814－1878)一2.能量守恒定律的建立過(guò)程 焦耳1840年，他發(fā)現(xiàn)

將通電的金屬絲放入

水中，水會(huì)發(fā)熱，通

過(guò)精密的測(cè)試，焦耳

發(fā)現(xiàn)了電熱之間的關(guān)

系——焦耳定律。

焦耳從1840——

1878年近40年的時(shí)間里，研究了電流熱效應(yīng)，

研究了空氣壓縮時(shí)溫度的升高，以及化學(xué)，機(jī)

械作用之間的聯(lián)系，他做了400多次實(shí)驗(yàn)，為

能量守恒定律的確立奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

一2.能量守恒定律的建立過(guò)程 亥姆霍茲

亥姆霍茲（1821—1894），德國(guó)物理學(xué)家和生

理學(xué)家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一個(gè)中學(xué)

教師家庭。中學(xué)畢業(yè)后在軍隊(duì)服役8年，取得公費(fèi)進(jìn)

入在柏林的皇家醫(yī)學(xué)科學(xué)院，并常在柏林大學(xué)旁聽(tīng)。1842年獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位后，被任命為波

茨坦駐軍軍醫(yī)。

1847年他在新成立的德國(guó)物理

學(xué)會(huì)發(fā)表了著名的“關(guān)于能量的守

恒”的講演，第一次用數(shù)學(xué)方式系

統(tǒng)地闡述了能量守恒原理。一3.能量守恒定律的內(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)化為另一種的形式，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(guò)程中其總量不變。 某種形式的能減少，一定有其他形式的能

量增加，且減少量和增加量一定相等．某個(gè)物

體的能量減少，一定存在其他物體的能量增

加，且減少量和增加量一定相等。一4.能量守恒定律的意義

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(yù)為19世紀(jì)的三個(gè)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。 能量守恒定律是在無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建

立起來(lái)的，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果，是，是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。

機(jī)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規(guī)律之一二能源和能量耗散

1.能源分類(lèi)能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)

稱(chēng)為能源。能源可分為常規(guī)能源和新能源兩類(lèi)。常規(guī)能源：煤、石油和天然氣等。新能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮芪覀內(nèi)祟?lèi)使用能源的歷史又是怎么樣的呢？二2.人類(lèi)對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期柴薪時(shí)期出現(xiàn)年代：

五六十萬(wàn)年前

火的使用是人類(lèi)在能源利用上的第一個(gè)

里程碑，它使人類(lèi)脫離了茹毛飲血的時(shí)代。二2.人類(lèi)對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期

蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動(dòng)了工業(yè)革命和

資本主義社會(huì)的成長(zhǎng)。煤炭時(shí)期出現(xiàn)年代：

2000年前二2.人類(lèi)對(duì)能源的利用經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期石油時(shí)期

出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代

內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了19世紀(jì)末，20世紀(jì)

初開(kāi)始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程。三3為什么要節(jié)約能源（1）能源短缺

2015年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯

示，世界石油總儲(chǔ)量為1.15萬(wàn)億桶，僅供開(kāi)采

41年；全球天然氣儲(chǔ)量為186.9萬(wàn)億立方米，僅

供開(kāi)采52.8年。世界煤炭探明儲(chǔ)量只能滿足目前生產(chǎn)和生活水平114年的全球需要。（2）環(huán)境惡化溫室效應(yīng)使全球氣候變暖1999年北極拍攝兩極冰山融化

“我覺(jué)得，地球上60億人都應(yīng)該向我們說(shuō)抱歉?！?/p>

圖瓦盧居民MitianaTrevor在斐濟(jì)蘇瓦接受廣州日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)50年之后，海水漲潮時(shí)圖瓦盧這個(gè)國(guó)家將不會(huì)有任何一塊土地能露在海面上。20年之后威尼斯將從地圖上永遠(yuǎn)消失35年之后馬爾代夫?qū)⒊了诖蠛Ｖ?/p>

50年之后南北極冰川減少90%

70年之后冰風(fēng)暴席卷地球

100年之后，地球毀容。

全球幾乎有一半的城市將會(huì)在50年內(nèi)被海水淹沒(méi)，而深圳，廣州，上海，天津，福州......

東京，夏威夷，包括澳大利亞黃金海岸在內(nèi)的所有海岸線將會(huì)全面縮短！

二3（2）環(huán)境惡化汽車(chē)的尾氣二3（2）環(huán)境惡化空中死神――酸雨化石燃料

(煤和燃油)

的燃燒二3（2）環(huán)境惡化大氣污染

燃料的化學(xué)

能一部分轉(zhuǎn)化為

食物的內(nèi)能，最

終都轉(zhuǎn)化為周?chē)?/p>

環(huán)境的內(nèi)能而散失掉。能量耗散二3（3）能量耗散

能量耗散表明，在能源的利用過(guò)程中，

即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上并未

減少，但在可利用的品質(zhì)上卻降低了，從便

于利用變成不便于利用的了，這是能源危機(jī)

更深層次的含義，也是“自然界的能量雖然

守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因。這說(shuō)明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性．

能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性?xún)?nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移而不會(huì)自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化意味著熱機(jī)的效率不可能達(dá)到1000/0

能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性。正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的．

通過(guò)以上分析我們知道了：節(jié)約能源，刻不容緩返回新能源太

陽(yáng)

能返回新能源新

疆

達(dá)

坂

風(fēng)

力

發(fā)

電

廠風(fēng)

能返回新能源深

圳

大

亞

灣

核

電

站核

能返回新能源西藏羊八井地?zé)犭娬緶厝? 地?zé)崮芊祷匾?、能量守恒定?/p>

1.能量守恒定律建立的依據(jù)

（1）能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移

（2）永動(dòng)機(jī)不可能制成2.能量守恒定律的建立過(guò)程

邁爾焦耳亥姆霍茲3.能量守恒定律的內(nèi)容4.能量守恒定律的意義二、能源和能量耗散

1.能源的分類(lèi)2.能源與社會(huì)發(fā)展3.為什么要節(jié)約能源

（1）能源短缺

（2）環(huán)境惡化

（3）能量耗散作業(yè)：創(chuàng)新設(shè)計(jì)小結(jié)：能量守恒定律與能源課堂小訓(xùn)本課到此結(jié)束，謝謝化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到帆船上內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移給水電能轉(zhuǎn)化為光能光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能例1、指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況：（1）人在跑步時(shí)，身體發(fā)熱（）（2）風(fēng)吹動(dòng)帆船前進(jìn)（）（3）放在火爐旁的冷水變熱（）（4）電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光（）（5）植物進(jìn)行光合作用（）（6）用毛巾反復(fù)擦背，感覺(jué)后背熱了（）小試牛刀返回例2、下列對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)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(gè)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(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不可能制成的

D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了注意：

能量守恒定律是指能量的總量不變，但更重要的是指轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中的守恒。在不同形式的能量間發(fā)生轉(zhuǎn)化，在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移。

既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？返回例3、下列說(shuō)法中正確的是

A.不同形式能量的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的

B.做功的過(guò)程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)移）

C.某種形式的能量增加10J，一定有其他形式的能量減少10JD.某個(gè)物體的能量減少10J，一定有其他物體的能量增加10J返回

例4、在一間隔熱很好的密閉房間中，把正在工作的電冰箱門(mén)打開(kāi)，室內(nèi)空氣溫度將

A．升高．

B．不變．

C．降低

D．不可能升高．返回

例5、近年來(lái)，在公交車(chē)和出租車(chē)中推行用天然氣代替汽油作燃料的改革，取得了顯著的進(jìn)展，走上街頭你會(huì)發(fā)現(xiàn)不少公交車(chē)和出租車(chē)上印有“CNG”的標(biāo)記，代表它們是以天然氣作為燃料的汽車(chē)則推廣這一改革的主要目的是A．延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命B．促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)和西部發(fā)展C．減少大氣污染D．節(jié)約能源返回

例6、一個(gè)物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說(shuō)法正確的是

A、物體機(jī)械能不變，內(nèi)能也不變

B、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能不變

C、物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量