7.10能量守恒定律与能源

知识与技能理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。过程与方法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情感、态度与价值观感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。【教学重点】能量守恒定律的内容。【教学难点】理解能量守恒定律的确切含义。能量守恒定律与能源我们已经学过了好几种形式的能量了，那么到底如何定义能量呢？一.能量的概念一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。二.能量的多样性对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的．机械能对应机械运动，内能对应大量微观粒子的热运动…….我们知道能量的形式：机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、原子能等．太阳能的利用：太阳能转化为电能塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站太阳能内能机械能电能光合作用光能化学能内燃机车：内能转化机械能水电站：水的机械能转化为电能水果电池：化学能转化为电能能量守恒定律内容表述一：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。表述二：如果一个系统处于孤立环境，即不可能有能量或质量传入或传出系统。能量守恒定律表述为：“孤立系统的总能量保持不变。”19世纪自然科学的三大发现之一ABc不是，人们对能量守恒的探索源远流长。目前科学界公认，迈尔、焦耳、亥姆霍兹在这方面做出了突出贡献，被誉为“能量守恒定律的奠基者”。阅读课本有关能量守恒定律的确立过程，并回答以下问题：1.能量守恒定律是一个人发现的吗?迈尔(1814－1878)迈尔在1814年11月25日生于德国。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。迈尔的研究迈尔分析了25种能量的转化和守恒现象，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，成为历史上第一个阐述能量守恒思想的人。英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。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。焦耳（1818－1889）焦耳的研究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。亥姆霍兹的研究（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。中学毕业后进入在柏林的皇家医学科学院，并在柏林大学旁听。1842年获医学博士学位。1847年亥姆霍兹在新成立的德国物理学会宣读了他的论文《论力的守恒》。他总结了许多人的工作，分析了化学、机械、电磁、光等不同形式的能的转化和守恒。他坚信“永动机”是不可能实现的；任何机器都不可能提供多于能源供给的能量；当能源用尽时机器就停止工作；机器只能转化能量，不能创造和消灭能量。在论文中，提出了普遍的能量守恒原理，对能量守恒做了清晰、全面的论述，为人们深入的理解自然界的统一性提供了有力武器。他的思想用现代的话来概括，就是：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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，在转化或转移的过程中其总量不变。上面这段话后来被称为能量守恒定律。②定律的表达式E初＝E终；△E增＝△E减③说明：a.该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线。b.要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。c.系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即Q＝Fl相在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移在热传递过程中。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球；能量转移：能量转化：小朋友滑滑梯；水力发电；火力发电；电流通过电热器时。特点：能量的形式没有变特点：能量的形式发生变化1、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六.能源和能量耗散能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会自动聚集起来供人类重新利用。(能量转化的方向性）燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能。在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源能源可分为常规能源和新能源两类常规能源：煤、石油和天然气等太阳能风能新疆达坂风力发电厂水能三峡水电站核能深圳大亚湾核电站西藏羊八井地热电站温泉地热能柴薪时期出现年代：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。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。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。2004年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采41年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采231年。质量为m的物体下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，空气阻力恒为f，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化。分析：根据动能定理，有21222121mvmvWWfG功能原理介绍：下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面，有：21mghmghWG由以上两式可以得到：1221222121mghmghmvmvWf1212222121mghmvmghmvEEE12当WG外＞0时，△E＞0，机械能增加当WG外＜0时，△E＜0，机械能减少1122pkpkEEEE12外EEEGw除重力(弹力)外，其他外力对物体对所做的总功WG外等于物体机械能的变化量△E功能原理第一类永动机的不可能性历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种不消耗能量的机器叫第一类永动机。人们提出了很多种永动机的制作方案，经过多种尝试，做了多种努力，但永动机无一例外地归于失败第一类永动机违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。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。右图便是当时人们设计的一种永动机方案——没有免费的午餐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。能量转化的基本规律左边=mgl+mgR右边=mg(l+R)=“重力型”永动机也不可能制成。O能量守恒定律是19世纪最伟大的科学发现之一。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。事实证明，一切违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的。“机械能守恒定律”只是能量守恒定律的特例。20世纪30年代，人们发现在某些原子核反应中能量似乎不守恒，当时有人提出能量守恒并不是普遍规律的观点。1993年，奥地利物理学家泡利（W.Pauli，1900—1958）猜想，之所以观察到能量“不守恒”，可能因为存在着一种极其微小的未知粒子，是它带走了一小部分能量。因此，可以说是能量的转化与守恒定律引导科学家发现了中微子。中微子的发现与能量守恒定律意大利物理学家费米（E.Fermi，1901——1954）把这种未知的粒子叫做中微子。从此，人们一直在努力中微子。直到1956，人们才在实验室找到了中微子。能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用变成不便于利用的了，这是能源危机更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。