第七章 机械能守恒定律
10 能量守恒定律与能源
学习目标
1.理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散.
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.感知我们周围能源的耗散,树立节能意识.
自主探究
1.能量
(1)概念
一个物体能够对外 ,我们就说这个物体具有 .如运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量,又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对外做功.因此这些物体都具有能量.?
(2)形式
能量有各种不同的形式:运动的物体具有 ;被举高的重物具有 ;发生弹性形变的物体具有 ;由大量粒子构成的系统具有 .另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等不同形式的能.不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ;内能与大量微观粒子的 相对应.?
(3)能量的转化
各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中 保持不变,也就是说当某个物体的能量减少时,一定存在其他物体的能量 ,且减少量一定 增加量;当某种形势的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定 增加量.?
(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 的过程.且做了多少功,就有 能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化(或转移)的 .?
2.能量守恒定律
(1)内容
能量既不会 ,也不会 ,它只会从一种形式 为另一种形式,或者从一个物体 到别的物体,在转化或转移过程中,能量的总量 ,这个规律叫做能量守恒定律.?
(2)定律的表达式
① ;② .?
3.能源和能量耗散
(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,即 , , .?
(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 起来供人类重新利用;电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们也无法把这些内能 起来 ,这种现象叫做能量的耗散.?
合作探究
一、能量守恒定律
演示实验1:在一个玻璃容器内放入沙子,拿一个小铁球从某一高度释放,使其落到沙子中.
演示实验2:用手提一个物体匀速上升,让学生分析机械能的变化情况(物体可以是身边的物体,例如黑板擦、课本等等)
思考:两个实验中的物体在运动过程中机械能是否守恒?请说出演示实验1中小球运动过程中能量的转化情况.请举出几个类似的例子.
【小组合作】
阅读教材,讨论下列问题:
1.促使能量守恒定律最终确立的重要事实有哪些?
2.能量守恒定律的发现是偶然的还是人类对自然认识发展到一定阶段的必然产物?
3.有人曾经怀疑某种过程中“能量不守恒”,这种怀疑是否有价值?
4.说出能量守恒定律的内容,并引用教材上的话,说明能量守恒定律的建立有何重大意义?
【注意】
能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理的一条主线,在应用中,要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.
二、能源和能量耗散
情景引导:有些事情可以倒过来进行,但有些事情却是不可能倒过来进行的.你可以向前走路,也可以倒退回来,但是,打碎的镜子不可能自动复原,冒起的煤烟和散开的炭灰不可能重新组合成一块煤.
思考:自然界中自发的能量转化和转移是否也具有某种方向性?能否举出生活中关于这种方向性的例子,并说明其中能量的变化.
【小组合作】
阅读教材,讨论下列问题:
1.能源是人类社会的物质基础,人类利用能源大致经历了哪几个过程?
2.为什么说能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题?
3.既然能量是守恒的,不可能消灭,为什么我们还要节约能源?
4.什么叫能量耗散?你怎么看待能量耗散?
【思考与讨论】
有人设计了这样一台“永动机”:距地面一定高度架设一个水槽,水从槽底的管中流出,冲击一个水轮机,水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去,这样循环不已,机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(如图).
请你分析一下,高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能,说明这个机器是否能够永远运动下去.
课堂检测
1.下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是( )
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
2.有人设想在夏天用冰箱来降低房间内的温度,他的办法是关好房间的门窗,然后打开冰箱的所有门让冰箱运转,则开机后,室内的温度将( )
A.升高 B.保持不变
C.开机时降低,停机后又升高 D.开机时升高,停机后降低
3.一小滑块放在如图所示的凹形斜面上,用力F沿斜面向下拉小滑块,小滑块沿斜面运动了一段距离.若已知在这一过程中,拉力F所做的功的大小(绝对值)为A,斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B,重力做功的大小为C,空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时,小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于多少?滑块的重力势能的改变等于多少?滑块机械能(动能与重力势能之和)的改变等于多少?
参考答案
自主探究
1.能量
(1)做功 能量
(2)动能 重力势能 弹性势能 内能 机械运动 无规则热运动
(3)总量 增加 等于 等于
(4)能量相互转化 多少 量度
2.能量守恒定律
(1)凭空产生 凭空消失 转化 转移 保持不变
(2)E1=E2 ΔE1=ΔE2
3.能源和能量耗散
(1)柴薪时期 煤炭时期 石油时期 (2)再次自动聚集 收集 重新利用
合作探究
一、能量守恒定律
思考:两个实验中的物体在运动过程中机械能是不守恒的.在演示实验1中小球的机械能转化为内能.现实中的例子比如木块在粗糙地面滑动,最后停下来.
【小组合作】
1.导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是:确认了永动机不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系和转化.
2.人类对自然认识发展到一定阶段的必然产物,是哲学和自然科学长期发展和进步的结果.
3.没有价值,原因是在研究时漏掉了人类尚不认识的一种新形式的能量,如果把这种新形式的能量计算在内,总能量依然守恒.
4.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,能量的总量保持不变.能量守恒定律的建立,是人类认识自然的一次重大飞跃,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.
二、能源和能量耗散
思考:自然界中自发的能量转化和转移是具有方向性的,如电池将化学能转化成电能,但电能不能自动地转化成化学能.
【小组合作】
1.经历了柴薪时期、煤炭时期、石油时期.
2.煤炭和石油资源是有限的,不可能永续利用.同时大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的气体改变了大气成分,加剧了气候的变化.
3.燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出来,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用.所以应该节约能源.
4.无法把有些内能收集起来重新利用,这种现象叫做能量的耗散.能量耗散使温度升高,能量虽然在数量上未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了.
【思考与讨论】高处水槽中水的势能转化为水的动能和水轮机的动能.这个机器不可能永远运动下去,原因是水被抽到高处还需要消耗能量.
课堂检测
1.ABC 2.A 3.A-B+C-D C A-B-D
(共23张PPT)
能量守恒定律与能源
10
我们已经知道的能量形式
机械能（重力势能、弹性势能、动能）
风能、电能、光能、内能、核能、
生物能、化学能、太阳能等等
问题：不同量之间是可以相互转化的，请举几个能量转化的例子？
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。
各种形式的是可以相互转化的
风能转化为电能
各种形式的是可以相互转化的
重力势能转化为电能
各种形式的是可以相互转化的
电能转化为内能
各种形式的是可以相互转化的
电能转化为机械能
演示实验1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球从某一高度释放，使其落到沙子中
演示实验2：用手提一个物体匀速上升 (自身体验：物体可以是身边的物体，例如黑板擦、课本等等）
问题：这些物体在运动过程中机械能是否守恒，如果不守恒，原因是什么，机械能是怎样变化的?
各种形式的能是可以相互转化的
另外，当木材、煤、石油和天然气等物质燃烧时，它们的化学能就会转化为内能和光能。绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能……
各种能都能够做功，做功的过程就是能量转化的过程。
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．
阅读教材中有关能量守恒定律建立的过程，并回答以下问题：
1、导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?
2、能量守恒定律是一个人发现的吗?
1、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．
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，你认为它一旦转动起来就能永远转动起来吗？
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
2、能量守恒定律是一个人发现的吗?
能量守恒定律不是一个人发现的，到了19世纪40年代前后．科学界已经形成一种思想氛围，即用联系的观点去观察自然，各种不同能量可以相互转化，这预示着，到了把分立环节连成一体的时候了，也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独立提出了能量守恒定律的内容：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．
对能量守恒定律贡献比较大的科学家有：德国物理学家和医生迈尔，英国物理学家焦耳，德国物理和生理学家亥姆霍兹等人．
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．
恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一．(另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论)
通过学习能量守恒定律，你受到了什么启示?
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．
大家阅读教材中有关能量和能量耗散的内容
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．但是在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．
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
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．
通过本节课的学习我们知道了
