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能量守恒定律与能源
一、能量
请同学们欣赏一个短片
1、概念: 一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能量。
一、能量
2、形式:
能量有各种不同形的形式。运动的物体具有动能;被举高的物体具有重力势能;发生弹性形变的物体具有弹性势能;由大量粒子构成的系统具有内能。
另外自然界中还存在如化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等。
各种形式的是可以相互转化的
食物具有化学能,我们的身体把这种化学能转化成为维持生命所必须的内能和机械能。
一、能量
3、能量的转化
风能转化为电能
各种形式的是可以相互转化的
3、能量的转化
重力势能转化为电能
电能转化为机械能
各种形式的是可以相互转化的
3、能量的转化
电能转化为内能
太阳能转化为电能
电站有一个高塔,塔顶上装有锅炉,塔的周围装有平面反射镜,它把阳光反射后集中在锅炉上,把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。
塔式太阳能热电站
太阳能
内能
机械能
电能
各种形式的是可以相互转化的
3、能量的转化
光能转化为化学能
水果电池
化学能转化为电能
4、功是能量转化的量度
不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移的过程,且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此功是能量转化的量度 。
⑴、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另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化或转移过程中,能量的总量保持不变.
⑵、定律的表达式
E初=E终 ;△E增=△E减
二、能量守恒定律
能量的转化
电动机 电能 机械能
发电机 机械能 电能
太阳能转化为化学能
植物进行光合作用
能量的转移
刚煮好的鸡蛋放入凉水中
内能:鸡蛋 凉水
动能:风 帆船
指出下列现象中能量的转化或转移情况:
(1)人在跑步时,身体发热( )
(2)风吹动帆船前进( )
(3)放在火炉旁的冷水变热( )
(4)电流通过灯泡,灯泡发光( )
(5)植物进行光合作用( )
化学能转化为内能
风的机械能转移到帆船上
内能由火炉转移给水
电能转化为光能
光能转化为化学能
( 3 )能量守恒定律的意义
能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的,是自然科学的普遍规律之一。
自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的,例如“永动机”只能以失败而告终。
机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
能量守恒定律的建立过程,是人类认识自然的一次重大的飞跃,是哲学和自然科学长期发展和进步的结果.它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一,而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式.和谐美是科学的魅力所在.
通过学习能量守恒定律,你受到了什么启示
最普遍 最重要 最可靠
自然规律之一
导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么
确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化.
什么是永动机
据说很久很久以前,在印度有一个被地主压迫的可怜人, 他每天被迫干好多活,终于有一天, 这个可怜的年轻人厌倦了这种生活,他就想 :有没有一种机器可以代替我干活呢 它只干活不休息,也不需要什么能量 ,要是有的话就太好了
据说这个就是最早的关于永动机的想法 。这个思想的火 花在1200年前从印度出发, 传到了伊斯兰教世界, 并传到了西方。
历史上有很多人不相信能量守恒定律的人,挖空心思想发明一种不消耗能量,却能不断对外做功的机器——永动机
上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑
滚珠永动机
软臂永动机
阿基米德螺旋永动机
磁力永动机
水塔式永动机
17~18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的
法国科学院在1775年就正式决定,不再研究和试验任何永动机
永动不可能制成的原因 :
根据能量守恒定律,任何一部机器,只能使能量从一种形式转化为另一种形式,而不能无中生有地制造能量,因此第一类永动机是不可能制成的.
永动机的启示
制造永动机的美好梦想虽然破灭了,但是,反思这一失败的探索过程,它从反面给人类以启迪:永动机不可能制成,是不是说明自然界存在着一条法则,它使我们不可能无中生有地获得能量?也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。
迈尔在1814年11月25日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔,经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。1838年,迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。
能量守恒定律的建立过程 迈尔
1840到1841年初,迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。
迈尔(1814-1878)
1840年2月22日,迈尔跟着船队来到印度尼西亚,当时很多船员患了肺炎,在医治中迈尔发现他们的静脉血不像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡,而是像动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为人的血液之所以是红的是因为里面含有氧,而食物中含有化学能,被氧化时像机械能一样可以转化为热,维持人的体温。在热带高温情况下,人要维持体温,机体只需要吸收较少的热量,所以机体中食物的燃烧过程减弱了,因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为, 热能、化学能、机械能都是等价的,而且是可以相互转化的。1842年迈尔从“无不生有,有不变无”和“原因等于结果”的观念出发,表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。
能量守恒定律的建立过程 焦耳
英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学,在家跟父亲学酿酒,并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学,对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。
焦耳(1818-1889)
1840年,他发现将通电的金属丝放入水中,水会发热,通过精密的测试,焦耳发现了电热之间的关系-焦耳定律。
焦耳从1840-1878年近40年的时间里,研究了电流的热效应,研究了空气压缩时温度的升高,以及化学,机械作用之间的联系,他做了400多次实验,为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。
亥姆霍兹(1821—1894),德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年,取得公费进入在柏林的皇家医学科学院,并柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后,被任命为波茨坦驻军军医。
1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的讲演,第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理 。
能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹
三、能源和能量耗散
1、能源
指能够提供可利用能量的物质,它是人类活动的物质基础。
能 源 分 类
(1)从人类开发能源的历史划分
常规能源:如煤、石油、天然气、水能等
新能源:如核能、风能、太阳能、地热能、海洋能等
(2)从使用分类
一次能源:如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等
二次能源:如电能、氢能、焦炭等
(3)从能否再生分类
可再生能源:如水能、风能等
不可再生能源:如石油、煤等
(4)从对环境的影响分类
清洁能源:如太阳能、风能等
非清洁能源:如煤、石油、天然气等
新能源
太阳能
新能源
风能 新疆达坂 风力发电厂
新能源
核能 深圳大亚湾核电站
新能源
西藏羊八井地热电站
温泉
地热能
(1)柴薪时期
出现年代:五六十万年前
火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑,它使人类脱离了茹毛饮血的时代。
2人类利用能源:大致经历了三个时期,即柴薪时期,煤炭时期,石油时期。
(2)煤炭时期
出现年代:2000年前
蒸汽机的广泛使用,带动了工业革命和资本主义社会的成长。
(3)石油时期 出现年代:19世纪80年代
内燃机的发展推动了19世纪末,20世纪初开始的机械化和电气化进程。
三、能源和能量耗散
思考与讨论
既然能量是守恒的,不可能消灭,为什么我们还要节约能源?
2、能量耗散
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去,它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用,电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化成内能和光能,热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用.这种现象叫做能量的耗散.
能量耗散
可以看出,由于取暖和使用电器,室内温度比室外高。热量散失到室外后,不能回收重新利用。
一座房屋的红外线照片
红外照片是不能分辨颜色的,右图中的颜色
是为区分不同的温度而在照片处理时加上的
能量耗散与能量守恒是否矛盾,该怎样理解
能量耗散
能量耗散和能量守恒并不矛盾,能量耗散表明,在能源利用的过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上并没有减少.但是可利用的品质上降低了,从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因.
这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性.
能量转化和转移的方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移
而不会自发的由低温物体向高温物体转移
能量转化和转移的方向性
机械能可以全部转化为内能
而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化
热机的效率不可能1000/0
例如:一辆行驶的小轿车,燃料燃烧产生的内能有370/0通过发动机散热系统排除,370/0直接由排气管排出,有260/0变为发动机输出的机械能
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
正是因为能量转化的方向性,能量的利用受这种方向性的制约,所以能量的利用是有条件的,也是有代价的.
通过以上分析我们知道了:
一、能量守恒定律
1.内容:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另外一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变.
2.建立过程.
二、能源和能量耗散
1.内容:能量转化具有方向性.
2.节约能源的重要意义.
小结
通过本节课的学习我们知道了
课堂练习
1.能源是人类社会活动的物质基础。人类利用能源大致经历了三个时期,依次是( )
A. 柴薪时期、煤炭时期、石油时期
B. 柴薪时期、石油时期、煤炭时期
C. 煤炭时期、石油时期、电力时期
D. 畜力时期、热力时期、电力时期
2.关于能量耗散,下列说法中正确的是( )
A. 能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了
B. 能量耗散表明,能量守恒定律具有一定的局限性
C. 能量耗散表明,能量在数量上并未减少,但在可利用的品质上降低了
D. 能量耗散从能量转化的角度,反映出自然界中宏观过程的方向性
A
CD
1、在一间隔热很好的密闭房间中,把正在工作的电冰箱门打开,室内空气温度将 ( )
A.升高.
B.不变.
C.降低
D.不可能升高.
A
课堂练习
2、一质量均匀、不可伸长的绳索,重为G,A、B两端固定在天花板上,如图所示。现在最低点C处施加一竖直向下的力,将最低点缓慢拉至D点。在此过程中,绳的重心位置( )
A. 逐渐升高
B. 逐渐降低
C. 先降低后升高
D. 始终不变
D
A
B
C
A
分析 外力对绳索做功,绳索的机械能增加。由于绳索的动能不变,增加的必是重力势能,重力势能增加是重心升高的结果。
4、一根内壁粗糙的细圆管弯成半径为R的圆弧固定在竖直面内,O、B两点在同-条竖直线上,如图所示。一小球自A 口的正上方距A口高度为h 处无初速释放,小球从B口出来后恰能落到A口。小球可视为质点,重力加速度大小为g。求:
(1)小球在B 口所受圆管内壁的弹力大小;
(2)小球从释放至到达B口的过程中,其与圆管内壁间因摩擦产生的热量Q。
3、如图所示,一足够长的绷紧的传送带与水平面的夹角θ=30°,传送带在电动机的带动下,始终保持v0 = 2m/s的速率运行,现把一质量为 m=10kg的工件(可看做质点)轻轻放在传送带的底端,工作和传送带之间 ,取g=10m/s2,求:
(1)经1.9s的时间,工件被传送的高度;
(2)在1.9内产生的热量;
(3)在这1.9s内,电动机由于传送工件多消耗的电能.