關于高中物理必修能量守恒定律和能源第1頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六10.能量守恒定律與能源我們已經學過了好幾種形式的能量了，那么到底如何定義能量呢？一.能量的概念一個物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量。第2頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二.能量的多樣性對應于不同的運動形式，能的形式也是多種多的．機械能對應機械運動，內能對應大量微觀粒子的熱運動…….我們知道能量的形式：機械能、內能、電能、太陽能、化學能、生物能、核能等．第3頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六這些能量之間有聯系嗎？有什么聯系呢？討論與思考：太陽能的利用：太陽能轉化為電能第4頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六電站有一個高塔，塔頂上裝有鍋爐，塔的周圍裝有平面反射鏡，它把陽光反射后集中在鍋爐上，把鍋爐內的工作物質水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過管道輸送到汽輪發電機。塔式太陽能熱電站太陽能內能機械能電能第5頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

雷電是大氣中的一種放電現象。雷雨云在形成過程中，一部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負電荷，當這些電荷積聚到一定程度時，就產生放電現象。

打雷放電時間極短，但電流異常強大。放電時產生的強光，就是閃電。閃電時釋放出的大量熱能，能使局部空氣溫度瞬間升高１萬—2萬攝氏度。

雷電電能光能、聲能、內能第6頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六光合作用

光能化學能zxxk第7頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六內燃機車：內能轉化機械能第8頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六水電站：水的機械能轉化為電能第9頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六水果電池：化學能轉化為電能第10頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六三、能的轉化不同形式的能量之間的轉化是通過做功實現的。不同形式的能之間可以在一定條件的情況下相互轉化，而且在轉化過程中總量保持不變。四.功是能量轉化的量度重力做功：重力勢能和其他能相互轉化彈力做功：彈性勢能和其他能相互轉化第11頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六在一定條件下，系統內的動能和勢能相互轉化，但其和保持不變，即服從機械能守恒定律。

當其它形式的能量如電能、內能、化學能、光能等參與轉化時，是否服從類似的規律呢？思考：學科網第12頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六內容提要一、能量守恒定律

1.能量守恒定律確立的依據（1）能量的轉化與轉移（2）永動機不可能制成

2.能量守恒定律的建立過程邁爾焦耳亥姆霍茲

3.能量守恒定律的內容

4.能量守恒定律的意義二、能源和能量耗散

1.能源的分類

2·能源與社會發展

3.為什么要節約能源（1）能源短缺（2）環境惡化（3）能量耗散

zxxk第13頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉化電動機電能機械能發電機機械能電能第14頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉化焦耳定律Q=IRt電能內能2電能光能、內能第15頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉化化學能內能機械能水能（動能、重力勢能）電能第16頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉化水果電池化學能電能機械能內能第17頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉移剛煮好的雞蛋放入涼水中內能：雞蛋涼水動能：風帆船第18頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（1）能量的轉化兩個相同的鉛球在光滑的水平面上相向運動，碰撞后粘在一塊。并靜止在地面上動能？動能內能第19頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（2）什么是永動機蒸汽機消耗煤炭，內燃機消耗汽油或柴油，電動機消耗電力，有沒有一種機器，它不消耗任何燃料或動力，卻可以不停地運轉，源源不斷的對外做功呢？這種機器被稱為永動機。

據說很久很久以前，在印度有一個被地主壓迫的可憐人，他每天被迫干好多活，終于有一天，這個可憐的年輕人厭倦了這種生活，他就想：有沒有一種機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

據說這個就是最早的關于永動機的想法。這個思想的火花在1200年前從印度出發，傳到了伊斯蘭教世界，并傳到了西方。第20頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

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現永動機。他的設計如圖所示，A是一個磁石，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，經曲面BFC返回，復又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續運動下去。一1（2）永動機的夢想學科網第21頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（2）永動機的夢想

上世紀20年代德國的一張明信片,拿愛因斯坦開玩笑，想想看這個永動機為什么不行？第22頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（2）永動機夢想的破滅

此外，人們還提出過利用輪子的慣性、細管子的毛細作用、電磁力、流水等獲得有效動力的種種永動機設計方案，但都無一例外地失敗了層出不窮的永動機設計方案，都在科學的嚴格審查和實踐的無情檢驗下一一失敗了。1775年，法國科學院宣布“本科學院以后不再審查有關永動機的一切設計”。第23頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六一1（2）永動機的啟示

制造永動機的美好夢想雖然破滅了，但是，反思這一失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪：永動機不可能制成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著一定的轉化關系。第24頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

邁爾在1814年11月25日生于德國。他的父親是位藥劑師。少年時代的邁爾，經常跟著父親去看制作各種藥品的試驗。1838年，邁爾在蒂賓根大學獲得學位。25歲的邁爾正式在漢堡開業行醫。

2.能量守恒定律的建立過程邁爾1840到1841年初，邁爾在一艘海輪上當了幾個月的隨船醫生。這段旅程成為了他在物理學上作出成就、從醫學的途徑得出能量守恒的結論的起點。邁爾(1814－1878)第25頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

1840年2月22日，邁爾跟著船隊來到印度尼西亞，當時很多船員患了肺炎，在醫治中邁爾發現他們的靜脈血不像生活在溫帶國家中的人的靜脈血那樣顏色暗淡，而是像動脈血那樣新鮮。這一現象引起了邁爾的深思。邁爾認為人的血液之所以是紅的是因為里面含有氧，而食物中含有化學能，被氧化時像機械能一樣可以轉化為熱，維持人的體溫。在熱帶高溫情況下，人要維持體溫，機體只需要吸收較少的熱量，所以機體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。邁爾認為，熱能、化學能、機械能都是等價的，而且是可以相互轉化的。1842年邁爾從“無不生有，有不變無”和“原因等于結果”的觀念出發，表述了物理、化學過程中各種力(能)的轉化和守恒的思想。邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律的人。

第26頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六2.能量守恒定律的建立過程焦耳英國物理學家。1818年12月24日生于索爾福。他父親是釀酒廠的廠主。焦耳從小體弱不能上學，在家跟父親學釀酒，并利用空閑時間自學化學、物理。他很喜歡電學和磁學，對實驗特別感興趣。后來成為英國曼徹斯特的一位釀酒師和業余科學家。焦耳（1818－1889）第27頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

1840年，他發現將通電的金屬絲放入水中，水會發熱，通過精密的測試，焦耳發現了電熱之間的關系－焦耳定律。

焦耳從1840－1878年近40年的時間里，研究了電流的熱效應，研究了空氣壓縮時溫度的升高，以及化學，機械作用之間的聯系，他做了400多次實驗，為能量守恒定律的確立奠定了堅實的實驗基礎。第28頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

亥姆霍茲（1821—1894），德國物理學家和生理學家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一個中學教師家庭。中學畢業后在軍隊服役8年，取得公費進入在柏林的皇家醫學科學院，并柏林大學旁聽。1842年獲醫學博士學位后，被任命為波茨坦駐軍軍醫。1847年他在新成立的德國物理學會發表了著名的“關于能量的守恒”的講演，第一次用數學方式系統地闡述了能量守恒原理

。2.能量守恒定律的建立過程亥姆霍茲第29頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六3、能量守恒定律的內容內容：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。理解：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。

能量守恒定律的表達式

E初＝E終；△E增＝△E減第30頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六說明：a.該定律是貫穿整個物理學的基本規律之一，是學習物理學的一條主線。b.要分清系統中有多少種形式的能，發生了哪些轉化和轉移。c.在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉化和轉移。能量轉移時能量的形式沒有變，能量轉化時能量的形式發生變化。第31頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

4、能量守恒定律的意義能量守恒定律同生物進化論、細胞的發現被恩格斯譽為19世紀的三個最偉大的科學發現。能量守恒定律是在無數實驗事實的基礎上建立起來的，是自然科學的普遍規律之一。自然界一切已經實現的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過程都是不可能實現的，例如“永動機”只能以失敗而告終。機械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。第32頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六練習在夏季的時候，假如打開冰箱門來使房間溫度降低，是否可行？為什么？不可行。冰箱工作時要消耗電能，而這些電能最終轉化為房間的內能，所以房間的溫度不降反升。第33頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六能源的分類能源：凡是能夠提供可利用能量的物質統稱為能源能源可分為常規能源和新能源兩類常規能源：煤、石油和天然氣等第34頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六新能源太陽能第35頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六新能源風能新疆達坂風力發電廠第36頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六新能源水能三峽水電站第37頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六新能源核能深圳大亞灣核電站第38頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六新能源西藏羊八井地熱電站溫泉地熱能第39頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二2人類對能源的利用經過了三個時期柴薪時期出現年代：五六十萬年前火的使用是人類在能源利用上的第一個里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時代。第40頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二2人類對能源的利用經過了三個時期煤炭時期出現年代：2000年前蒸汽機的廣泛使用，帶動了工業革命和資本主義社會的成長。第41頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二2人類對能源的利用經過了三個時期石油時期出現年代：19世紀80年代內燃機的發展推動了19世紀末，20世紀初開始的機械化和電氣化進程。第42頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（1）能源短缺2004年世界能源統計年鑒的最新數據顯示，世界石油總儲量為1.15萬億桶，僅供開采41年；全球天然氣儲量為176萬億立方米，僅供開采63年。日本權威能源研究機構也申明，全球煤炭埋藏量10316億噸，可開采231年。第43頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（2）環境惡化溫室效應使全球氣候變暖1999年北極拍攝兩極冰山融化第44頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（2）環境惡化汽車的尾氣第45頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（2）環境惡化化石燃料(煤和燃油)的燃燒

空中死神――酸雨

第46頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（2）環境惡化大氣污染第47頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六燃料的化學能一部分轉化為食物的內能，最終都轉化為周圍環境的內能。能量耗散第48頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六二3（3）能量耗散能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉化過程中，能量在數量上并未減少，但在可利用的品質上卻降低了，從便于利用變成不便于利用的了，這是能源危機更深層次的含義，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節約能源”的根本原因。能量的耗散從能量轉化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的。第49頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六質量為m的物體下落過程中，經過高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，空氣阻力恒為f，分析由h1下落到h2過程中機械能的變化。分析：根據動能定理，有

功能原理介紹：第50頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六下落過程中重力對物體做功，重力做功在數值上等于物體重力勢能的變化量。取地面為參考平面，有：由以上兩式可以得到：第51頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六當WG外＞0時，△E＞0，機械能增加當WG外＜0時，△E＜0，機械能減少。除重力(彈力)外，其他外力對物體對所做的總功WG外等于物體機械能的變化量△E

。功能原理第52頁，共74頁，2022年，5月20日，17點30分，星期六

系統克服摩擦力所做的總功等于系統機械能的減少量，滑動摩擦力與相對距離的乘積在數值上等