4.1能量 能量守恒定律 課件 高二上學期物理教科版（2019）必修第三冊

第四章能源與可持續(xù)發(fā)展4.1能量能量守恒定律教科版（2019）高中物理必修第三冊目錄1234新課導入學習目標新課講解經典例題5課堂練習6課堂小結拉長的橡皮筋山巔的危石運動的足球西藏羊八井地熱池食物太陽光你能說出上面物體都具有什么形式的能量嗎？新課導入學習目標1.了解能量的概念及能量的分類。2.通過對生活中能量轉化的實例分析，理解能量守恒定律的確切含義。3.學會用能量的觀點理解和處理問題。對于由幾個物體組成的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的機械能守恒的條件是：只有重力或彈力做功。這就是說，除了這些力做功以外，如果還有其他力做功，則該系統(tǒng)的機械能就不守恒。這里的其他力，可以分成兩類，一類是系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)內物體的作用力，簡稱外力；另一類則是系統(tǒng)內的物體間除重力或彈力外的其他相互作用力，例如滑動摩擦力，簡稱為其他內力。如果一個系統(tǒng)除重力或彈力以外，還有外力做功，系統(tǒng)的機械能就會發(fā)生變化：如果外力做正功，系統(tǒng)的機械能增加，反之則系統(tǒng)的機械能減少。如果一個系統(tǒng)除重力或彈力以外，還有其他內力（如滑動摩擦力）做功，由于一對相互作用的滑動摩擦力所做功之和一定是負值，因此系統(tǒng)的機械能會減少，同時有熱量產生（稱為摩擦生熱）。精確的研究證明，系統(tǒng)機械能的減少量等于所生成的熱量，也可以說減少的機械能轉化成了內能。一、機械能的守恒與不守恒二、能量的分類1.人類對能量的認識

能量的概念是人類在對物質運動規(guī)律進行長期探索中建立起來的。所有自然現(xiàn)象都涉及能量，不同形式的運動都可以用能量來描述。風能水能光能電能

要用聯(lián)系的觀點去觀察自然，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統(tǒng)一起來描述。各種能量之間是可以相互轉化的。電能與磁能的轉化電能與內能的轉化⑵各種形式的能量之間可以相互轉化電和磁可以相互轉化熱和電也可以相互轉化在認識自然的進程中，科學家慢慢知道了要用聯(lián)系的觀點去觀察自然。機械能的各種形式之間可以相互轉化重力勢能與動能轉化熱能與電能轉化電能與磁能轉化歷史上有很多“聰明”的人耗費大量的精力和時間，力圖發(fā)明一種不使用任何動力就能一直運轉并為人類做功的機器，也就是所謂的永動機。永動機的狂熱追隨者們無一例外都以失敗告終。這是為什么呢？其實很簡單，那是因為他們違背了一條自然界最基本的規(guī)律——能量守恒定律。三、能量守恒定律俄國化學家蓋斯：任何一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，放出的總熱量相同。表明一個系統(tǒng)（即參加化學反應的幾種物質）存在著一個與熱量相關的物理量，在一個確定的化學反應中這個量是不變的。德國醫(yī)生邁爾通過比對不同地區(qū)人血顏色的差異，認識到食物中化學能與內能的等效性，即生物體內能量的輸入和輸出是平衡的。另外，他還通過海水在暴風雨中較熱的現(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。因此，邁爾是公認的第一個提出能量守恒思想的人。人類對能量的認識過程，體現(xiàn)了科學前輩們對“守恒”這一科學思想的追尋。焦耳的實驗精確地測量了做功與傳熱之間的等價關系，從而為能量守恒定律奠定了牢固的實驗基礎，也為能量守恒的定量描述邁出了重要的一步。德國科學家亥姆霍茲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）之間的相互關系，提出了“張力”（即勢能）與“活力”（即動能）的轉化。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機體中能量的守恒問題。1.內容能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。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，它與細胞學說，進化論一起被恩格斯譽為十九世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)。E初=E末2.意義①自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。③能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。機械運動———機械能熱運動———內能化學運動——化學能電荷運動——電能生物運動——生物能原子核內部的運動——原子能②不同形式的能量之間可以相互轉化。3.說明（1）熱力學第一定律揭示了功、熱量和內能的變化量的定量關系，同時也體現(xiàn)了功、熱量和物體內能的變化滿足一種守恒關系。因此熱力學第一定律也是能量守恒定律的一種具體情況。（2）不同力做功對應著不同的能量轉化關系，能量的具體值沒有多大意義，多數(shù)情況下，我們更關心能量的變化量。功是能量變化的量度，即W=?E，這也是應用能量守恒定律解題時常用的一種表達式。4.能量守恒定律的深刻理解四、永動機1.永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。（人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機）2.歷史上的永動機：螺旋永動機達·芬奇滾球永動機馬爾基斯軟臂永動機19世紀設計2.歷史上的永動機：螺旋永動機弗拉德磁力永動機泰斯尼爾斯

任何動力機械的作用都是把其他形式的能轉化為機械能。內燃機把燃料的化學能轉化為燃氣的內能然后再轉化為機械能，電動機把電能轉化為機械能......如果沒有燃料、電流或其他動力的輸入，能量從哪里來呢！永動機的思想違背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。典例分析1.下列有關能量的描述正確的是 (

)A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律B.工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,該過程能量不守恒C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,動能消失,能量不守恒D.同時做自由落體運動的物體,質量越大,勢能減少越快,機械能減少也越快A答案：A解析：馬兒跑的時候需要消耗能量,而草能夠為馬兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律,故A正確;工作中的電風扇,消耗的電能大于輸出的機械能,損失的電能轉化為內能,該過程能量仍守恒,故B錯誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,減小的動能轉化為內能,能量守恒,故C錯誤;同時做自由落體運動的物體,運動的快慢與質量無關,減少的勢能轉化為動能,機械能不變,故D錯誤。典例分析2．下列關于能量轉化的現(xiàn)象的說法中，正確的是（）A．用太陽灶燒水是太陽能轉化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉化為內能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動能轉化為內能B典例分析3．某次蹦極時，跳躍者站在懸崖的平臺上，把一端固定的一根長長的橡皮條綁在踝關節(jié)處，然后兩臂伸開，雙腿并攏，頭朝下跳下去，仿若掉入無底洞，整個心臟仿佛要跳出，約5s時突然往上反彈，反復持續(xù)4-5次，定神一看，自己已安全懸掛于半空中。在人從跳出到靜止的過程中（）A．只有動能和勢能的相互轉化，機械能的總量保持不變B．減少的機械能轉化為其他形式的能，轉化過程中能的總量減少了C．減少的機械能轉化為其他形式的能，轉化過程中能的總量是守恒的D．其他形式的能轉化為機械能，轉化過程中能的總量增加C課堂練習1．“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為（）A．它不符合機械能守恒定律B．它違背了能量守恒定律C．它做功產生的熱不符合熱功當量D．暫時找不到合理的設計方案和理想材料B課堂練習2、植物進行光合作用的過程，是（）A、光能轉化為化學能B、內能轉化為化學能C、化學能轉化為光能D、光能轉化為內能A課堂練習3．下面設想符合能量守恒定律的是（）A．利用永久磁鐵間的作用力可以制造一臺永遠轉動的機器B．做一條利用風能逆水航行的船C．通過太陽照射使飛機起飛D．不用任何燃料，河水就一定不能升溫BC課堂練習4．下列關于能量守恒定律的認識正確的是（）A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加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)對外做功的機械（第一類永動機）不可能制成D．樹葉從空中落下，最后停止在地面上，說明能量消失了ABC課堂練習5.(多選)約翰·維爾金斯設計了一種磁力“永動機”,如圖所示,在斜坡頂上放一塊強有力的磁鐵,斜坡上端有一個小孔,斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道。維爾金斯認為:如果在斜坡底端放一個小鐵球,那么由于磁鐵的吸引,小鐵球就會向上運動,當小球運動到小孔P處時,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外做功,然后又被磁鐵吸引回到上端,到小孔P處又掉下。關于維爾金斯“永動機”,正確的認識應該是(

)

A.一定不可能實現(xiàn)B.如果忽略斜面的摩擦,維爾金斯“永動機”一定可以實現(xiàn)C.如果忽略斜面的摩擦,鐵球質量較小,磁鐵磁性又較強,則維爾金斯“永動機”可以實現(xiàn)D.違背能量守恒定律AD課堂小