能量的转化与守恒沪科必修

能量的转化与守恒沪科必修第一页，共二十八页，2022年，8月28日新课引入能量是物理学中一个十分重要的物理量。我们已经重点研究了机械能。除此而外能量还有内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等多种形式。能量概念的重要性，就表现在能量不仅可以相互转化，而且在转化过程中总是守恒的。今天我们来研究能量的转化问题。我们从小汽车的能量转化入手来研究。第二页，共二十八页，2022年，8月28日小汽车的部分结构示意图小汽车行驶时的能量转化车灯发动机蓄电池发电机电动机空调音响排气管第三页，共二十八页，2022年，8月28日探究小汽车的能量转化情况部件相关的能量转化/转移车灯电能光能转化蓄电池电能化学能转化发动机化学能机械能转化发电机机械能电能转化电动机电能机械能转化空调内能内能转移音响电能声能（机械能）转化排气管内能内能转移第四页，共二十八页，2022年，8月28日1964年10月16日，我国的第一颗原子弹爆炸分析下面的各种现象中，能量是怎样转化的第五页，共二十八页，2022年，8月28日第六页，共二十八页，2022年，8月28日1967年6月17日，我国的第一颗氢弹爆炸第七页，共二十八页，2022年，8月28日第八页，共二十八页，2022年，8月28日核爆炸核能光、热辐射冲击波第九页，共二十八页，2022年，8月28日人类的食物动植物体的生物质能人体内的生物质能

生物质能实际上是以化学能的形式存在的。第十页，共二十八页，2022年，8月28日雷电电能光能声能第十一页，共二十八页，2022年，8月28日太阳能热电站的光反射板

塔式太阳能热电站光能热能能（内能）电能第十二页，共二十八页，2022年，8月28日能量守恒定律的确立

古代中国和古希腊就提出了运动不灭的思想。近代科学诞生以来，笛卡尔、莱布尼兹等科学家提出运动量不灭的光辉思想。从十八世纪到十九世纪四十年代，许多科学家深入研究了各种形式能量的相互转化，以及在转化过程中的数量关系。目前科学界公认，迈尔、焦耳、亥姆霍兹在这方面做出了卓有成效的贡献，他们被誉为能量守恒定律的奠基者。第十三页，共二十八页，2022年，8月28日迈尔(1814－1878)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。迈尔的研究迈尔在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。第十四页，共二十八页，2022年，8月28日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。人的血液之所以是红的是因为里面含有较多的氧。第十五页，共二十八页，2022年，8月28日在热带高温情况下，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。第十六页，共二十八页，2022年，8月28日

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。他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）焦耳的研究第十七页，共二十八页，2022年，8月28日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。第十八页，共二十八页，2022年，8月28日亥姆霍兹的研究（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。第十九页，共二十八页，2022年，8月28日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》。这篇文章中，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。第二十页，共二十八页，2022年，8月28日在论文中，他把能量概念从机械运动推广到热、电、磁、乃至生命过程，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。第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日能量守恒定律第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日“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。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。能量守恒定律的意义第二十三页，共二十八页，2022年，8月28日案例分析

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——没有免费的午餐阅读教材，看看看看设计者是怎么想的。第二十四页，共二十八页，2022年，8月28日你认为右图中的轮子一旦转动起来就能永远转动起来吗？阅读教材，看看为什么不能实现。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。第二十五页，共二十八页，2022年，8月28日课堂练习

1、下图是上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑，思考并讨论：这个永动机为什么不行？第二十六页，共二十八页，2022年，8月28日2、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）灯泡通电发光（5）植物进行光合作用第二十七页，共二十八页，2022年，8月28日信息浏览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