1能量的转化和守恒定律5

1、11.1 能量的转化和守恒定律能量的转化和守恒定律 一、一、能量的多样性能量的多样性 对应于不同的运动形式，能的形式也是多对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多样的种多样的 。 尽管各种能量我们还没有系统地学习，但尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能，还有机械能、内能、电磁有关的化学能，还有机械能、内能、电磁能等。（见教材能等。（见教材P74P74）演示演示1 1二、

2、二、能量之间的转化能量之间的转化 在一定条件下，在一定条件下，不同形式的能之间可以相互转不同形式的能之间可以相互转化；做功的过程是能的转化的过程。化；做功的过程是能的转化的过程。 1 1、如、如机械能与内能转化机械能与内能转化 ：运动的汽车紧急刹：运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，即不散热也不过程没有与周围物体有热交换，即不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式公式W=W=

3、U U表示了做功与内能变化的关系，这表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。恰好等于物体内能增加的数量。演示演示2 2 2 2、不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能、不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，又如：也可以和内能相互转化，又如： 电炉取暖：电能电炉取暖：电能内能内能 煤燃烧：化学能煤燃烧：化学能内能内能 炽热灯灯丝发光：内能炽热灯灯丝发光：内能光能光能 3 3、其他形式的能彼此之间都可以相互转化。、其他形式的能彼此之间都可以相互转化。 三、能量守恒定律三、能量

4、守恒定律 大量事实证明：各种形式的能都可以相大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。互转化，并且在转化过程中守恒。 内容：内容：能量既不会凭空产生，也不会凭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另一个种形式，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，能量的物体，在转化或转移的过程中，能量的总保持不变。总保持不变。 公式：公式：E E增增= =E E减减四、能量守恒定律的普遍性和四、能量守恒定律的普遍性和重要性重要性 (1)(1)能量守恒定律普遍适用。能量守恒定律普遍适用。在

5、形形色色的自然现象在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。从能量守恒的规律。 (2)(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。自然自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。发光跟电流有

6、联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。生长，光能转化为化学能反映了这种联系。 (3)(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。规律也必定符合能量守恒定律。19331933年意大利科学家费年意大利科学家

7、费米，在研究米，在研究衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。 (4)(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观纵观人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人

8、钻木取火，到水能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火，到水能利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量的转化。的转化。五、永动机不可能制成五、永动机不可能制成 历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不历史上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。消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告很多尝

9、试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了量守恒定终。失败的原因是设计者完全违背了量守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。是永远不可能制造成功的。演示演示3 3六、能量六、能量转化或转移的方向性转化或转移的方向性 能量的转化和转移是有方向性的（例如）能量的转化和转移是有方向性的（例如） 人类发明的许多技术装置都是为人类服务人类发明的许多技术装

10、置都是为人类服务的能量转化器。即许多能量的转化和转移的能量转化器。即许多能量的转化和转移必须借助于技术装置，而在自发转化和转必须借助于技术装置，而在自发转化和转移的情况下是有方向性的。（例如）移的情况下是有方向性的。（例如） 能量在转化和转移中，即被利用过程中总能量在转化和转移中，即被利用过程中总存在一定的损失。（例如）存在一定的损失。（例如）例题与讨论例题与讨论例题例题1 1、一物体获得一定初速度后，沿一粗糙、一物体获得一定初速度后，沿一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统（的系统（ ）A、机械能守恒、机械能守恒B、总能量守恒、总能量守恒C、

11、机械能和内能增加、机械能和内能增加D、机械能减少，内能增加、机械能减少，内能增加B、D例题例题2 2、如图所示，一质量均匀的不可伸长的绳索，重、如图所示，一质量均匀的不可伸长的绳索，重为为G，两端固定在天花板上，今在最低点施加一竖直，两端固定在天花板上，今在最低点施加一竖直向下的力交绳拉成一个三角形，向下的力交绳拉成一个三角形， 请定性分析在此过程请定性分析在此过程中，绳索的重心位置如何变化？中，绳索的重心位置如何变化？例题例题3 3、在水平面上平铺着在水平面上平铺着n块相同的砖，每砖的质量块相同的砖，每砖的质量都为都为m，厚度为，厚度为 s，若将这，若将这 n 块砖一块一块地叠放起来块砖一块

12、一块地叠放起来,至少需要做多少功？砖的重力势能变化多少？至少需要做多少功？砖的重力势能变化多少？ 例题例题4 4、用铁锤打击铁钉，设打击时有、用铁锤打击铁钉，设打击时有8080的的机械能转化为内能，内能的机械能转化为内能，内能的5050用来使铁钉用来使铁钉的温度升高。问打击的温度升高。问打击2020次后，铁钉的温度升次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1 12kg2kg，铁锤打击铁钉时的速度是铁锤打击铁钉时的速度是10m10ms s，铁钉质量，铁钉质量是是40g40g，铁的比热是，铁的比热是 5 50 0102J102J（kgkg）。）。 分析：指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分分析：指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用吸收，使它的温度升高。如果用U U表示铁钉表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M M和和m m表示，铁锤打击铁钉时的速度用表示，铁锤打击铁钉时的速度用v v表示。依表示。依据量守恒定律，有据量守恒定律，有铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传