3-2 能量守恒定律 课件 高中物理新教科版选择性必修第三册（2022~2023学年）

第3章热力学定律新教科版高中物理选择性必修第三册第2节能量守恒定律观察与思考：

让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复......

这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？一、探索能量守恒的足迹1.人类对能量的认识与能量之间的转化风能水能光能电能一、探索能量守恒的足迹2.能量之间的转化电能与磁能的转化电能与内能的转化3.能量守恒观念的形成1836年盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关1842年迈尔表述了能量守恒定律1841年焦耳发现电流的热效应1831年法拉第发现电磁感应现象1820年奥斯特发现电流的磁效应1843年焦耳测定做功与传热的关系1798年伦福德的实验表明热的本质是运动1821年塞贝克发现温差电现象1847年亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律一、探索能量守恒的足迹一、探索能量守恒的足迹4.不同领域科学家代表对能量守恒的认识：(1)俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。这表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。(2)焦耳：他的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。一、探索能量守恒的足迹4.不同领域科学家代表对能量守恒的认识：(3)德国医生迈尔：通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。(4)德国科学家亥姆霍兹：在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。二、能量守恒定律1.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。2.能量守恒定律的历史意义：（1）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。（2）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。三、永动机不可能制成饮水鸭不断饮水原因分析三、永动机不可能制成1.永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）2.历史上的永动机：螺旋永动机达·芬奇滚球永动机马尔基斯软臂永动机19世纪设计三、永动机不可能制成2.历史上的永动机：螺旋永动机弗拉德磁力永动机泰斯尼尔斯三、永动机不可能制成3.现代的“永动机”：6.永动机给我们的启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。4.最终结果：无一例外地归于失败。5.失败的原因：违背了能量守恒定律。三、永动机不可能制成1．第一类永动机违反了什么而不能制成（）A．违反了热力学第一定律 B．违反了机械能守恒定律C．违反了能量守恒定律 D．以上说法都不对C【答案】C【详解】第一类永动机指不消耗任何能量但可以不断输出动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产生氢气，剩余部分输出。它违反了能量守恒定律。故ABD错误，C正确，故选C。2．在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动。这说明（）A．动能可以凭空产生B．可以制造出不消耗能量的永动机C．太阳能可以转化为其他形式的能D．太阳可以提供无穷无尽的能量，不需要节约能源C【答案】C【详解】AC．在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动，是太阳能转化成机械能，故A错误，C正确；B．不消耗能量的永动机违背能量守恒定律，不能制造，故B错误；D．能量不是取之不尽的，并且有些能量目前我们还无法利用，从而需要节约能源，故D错误。故选C。3．下列说法正确的是（）A．气体吸收热量时温度一定升高B．外界对气体做功时气体的内能一定增加C．因为能量是守恒的，所以能源是无限的资源D．第一类永动机违背能量守恒定律，不可能制成D【答案】D【详解】A．气体吸收热量，若对外做功，则气体的温度不一定升高，选项A错误；B．外界对气体做功时，若气体放热，则气体的内能不一定增加，选项B错误；C．能量是守恒的，但是能量的转移或转化具有方向性，散失的能量不会自动聚集起来供我们再次利用，所以能源不是“取之不尽，用之不竭”的，即能源不是无限的资源，选项C错误；D．第一类永动机违背能量守恒定律，不可能制成，选项D正确。故选D。4．下列关于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——永动机不可能制成D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了ABC【答案】ABC【详解】根据能量守恒定律得知，能量不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体上转移到另一个物体上，故某种形式的能减少，其它形式的能一定增加，某个物体的能