4.1能量 能量守恒定律 课件（共28张PPT）——高中物理教科版（2019）必修第三册

(共27张PPT)
第四章 能源与可持续发展
4.1能量 能量守恒定律
教科版（2019）高中物理必修第三册
目 录
1
2
3
4
新课导入
学习目标
新课讲解
经典例题
5
课堂练习
6
课堂小结
拉长的橡皮筋
山巅的危石
运动的足球
西藏羊八井地热池
食 物
太阳光
　　你能说出上面物体都具有什么形式的能量吗？
新课导入
学习目标
1.了解能量的概念及能量的分类。
2.通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。
3.学会用能量的观点理解和处理问题。
对于由几个物体组成的系统来说，系统的机械能守恒的条件是 ：只有重力或弹力做功。
这就是说，除了这些力做功以外，如果还有其他力做功，则该系统的机械能就不守恒。这里的其他力，可以分成两类，一类是系统以外的物体对系统内物体的作用力，简称外力 ；另一类则是系统内的物体间除重力或弹力外的其他相互作用力，例如滑动摩擦力，简称为其他内力。
如果一个系统除重力或弹力以外，还有外力做功，系统的机械能就会发生变化 ：如果外力做正功，系统的机械能增加，反之则系统的机械能减少。如果一个系统除重力或弹力以外，还有其他内力（如滑动摩擦力）做功，由于一对相互作用的滑动摩擦力所做功之和一定是负值，因此系统的机械能会减少，同时有热量产生（称为摩擦生热）。精确的研究证明，系统机械能的减少量等于所生成的热量，也可以说减少的机械能转化成了内能。
一、机械能的守恒与不守恒
二、能量的分类
1.人类对能量的认识
能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，不同形式的运动都可以用能量来描述。
风能
水能
光能
电能
要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。
电能与磁能的转化
电能与内能的转化
⑵各种形式的能量之间可以相互转化
电和磁可以相互转化
热和电也可以相互转化
在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。
机械能的各种形式之间可以相互转化
重力势能与动能转化
热能与电能转化
电能与磁能转化
历史上有很多“聪明”的人耗费大量的精力和时间，力图发明一种不使用任何动力就能一直运转并为人类做功的机器，也就是所谓的永动机。永动机的狂热追随者们无一例外都以失败告终。这是为什么呢？其实很简单，那是因为他们违背了一条自然界最基本的规律——能量守恒定律。
三、能量守恒定律
俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。
德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。
人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。
焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。
德国科学家亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。
1.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别的形式，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。
能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
E初=E末
2.意义
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
机械运动———机械能
热运动———内能
化学运动——化学能
电荷运动——电能
生物运动——生物能
原子核内部的运动——原子能
②不同形式的能量之间可以相互转化。
3.说明
（1）热力学第一定律揭示了功、热量和内能的变化量的定量关系，同时也体现了功、热量和物体内能的变化满足一种守恒关系。因此热力学第一定律也是能量守恒定律的一种具体情况。
（2）不同力做功对应着不同的能量转化关系，能量的具体值没有多大意义，多数情况下，我们更关心能量的变化量。功是能量变化的量度，即W = E，这也是应用能量守恒定律解题时常用的一种表达式。
4.能量守恒定律的深刻理解
四、永动机
1.永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。
（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）
2.历史上的永动机：
螺旋永动机
达·芬奇
滚球永动机
马尔基斯
软臂永动机
19世纪设计
2.历史上的永动机：
螺旋永动机
弗拉德
磁力永动机
泰斯尼尔斯
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！
永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
典例分析
1.下列有关能量的描述正确的是 (　　)
A.“又要马儿跑得快,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律
B.工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能,该过程能量不守恒
C.滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来,动能消失,能量不守恒
D.同时做自由落体运动的物体,质量越大,势能减少越快,机械能减少也越快
A
答案：A
解析：马儿跑的时候需要消耗能量,而草能够为马儿提供能量,因此“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,故A正确;工作中的电风扇,消耗的电能大于输出的机械能,损失的电能转化为内能,该过程能量仍守恒,故B错误;滑块在粗糙的水平面上减速滑行,最终停了下来,减小的动能转化为内能,能量守恒,故C错误;同时做自由落体运动的物体,运动的快慢与质量无关,减少的势能转化为动能,机械能不变,故D错误。
典例分析
2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
B
典例分析
3．某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约5s时突然往上反弹，反复持续4-5次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　）
A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变
B．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量减少了
C．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量是守恒的
D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加
C
课堂练习
1．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．它做功产生的热不符合热功当量
D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
B
课堂练习
2、植物进行光合作用的过程，是（ ）
A、光能转化为化学能
B、内能转化为化学能
C、化学能转化为光能
D、光能转化为内能
A
课堂练习
3．下面设想符合能量守恒定律的是（　　）
A．利用永久磁铁间的作用力可以制造一台永远转动的机器
B．做一条利用风能逆水航行的船
C．通过太阳照射使飞机起飞
D．不用任何燃料，河水就一定不能升温
BC
课堂练习
4．下列关于能量守恒定律的认识正确的是（　 　）
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
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械（第一类永动机）不可能制成
D．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了
ABC
课堂练习
5.(多选)约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”,如图所示,在斜坡顶上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸引回到上端,到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”,正确的认识应该是(　 　)
A.一定不可能实现
B.如果忽略斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁铁磁性又较强,则维
尔金斯“永动机”可以实现
D.违背能量守恒定律
AD
课堂小结
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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
1.能量守恒定律：
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
②不同形式的能量之间可以相互转化。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
2.永动机不可能制成，违背了能量守恒定律。
感谢观看
THANK YOU