資源簡介

(共22張PPT)
3.3能量守恒定律
教學(xué)目標(biāo)
理解能量守恒定律，知道能量守恒時(shí)自然界普遍遵從的基本規(guī)律
通過能量守恒定律的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性
能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解及綜合應(yīng)用
教學(xué)難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)
能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解及綜合應(yīng)用
讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會(huì)兒，又會(huì)慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會(huì)直立起來。如此循環(huán)往復(fù)。
這種“飲水小鴨”玩具是一架永動(dòng)機(jī)嗎
1.人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)：
能量的概念是人類在對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行長期探索中建立起來的。所有自然現(xiàn)象都涉及能量，人類的任何活動(dòng)都離不開能量。
能量具有不同的形式，有描述熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能、描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能、描述光輻射的光能，等等。不同形式的運(yùn)動(dòng)都可以用能量來描述。也就是說，我們可以用能量的觀念把熱、電、光、磁等都統(tǒng)一起來描述。但是，在科學(xué)史上人們真正以“能量”的觀念來探索各種運(yùn)動(dòng)形式本質(zhì)的過程卻是非常曲折的。
在認(rèn)識(shí)自然的進(jìn)程中，科學(xué)家慢慢知道了要用聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然。例如，機(jī)械能的各種形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，電和磁可以相互轉(zhuǎn)化，熱和電也可以相化……
一.探索能量守恒的足跡
以下幾種情況的能量是如何轉(zhuǎn)化的？
一.探索能量守恒的足跡
以下幾種情況的能量是如何轉(zhuǎn)化的？
一.探索能量守恒的足跡
下表列出了自18世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉來自不同國家和地區(qū)、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，完成了關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的研究成果。
一.探索能量守恒的足跡
2.能量守恒觀念的形成：
由于能量既抽象又以各種不同的形式廣泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及產(chǎn)生并不是一蹴而就的。從各種實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，再到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的被質(zhì)疑，科學(xué)家們付出了大量的努力。應(yīng)該說，人類對(duì)能量的認(rèn)識(shí)過程，體現(xiàn)了科學(xué)前輩們對(duì)“守恒”這一科學(xué)思想的追尋。從18世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉，不同領(lǐng)域的科學(xué)家從不同角度都提出過能量守恒的思想。人類對(duì)能量守恒的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深、由含糊到清晰的過程。
閱讀書本，了解俄國化學(xué)家蓋斯、英國物理學(xué)家焦耳、德國醫(yī)生邁爾、德國科學(xué)家亥姆霍茲等人對(duì)建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律方面作出的貢獻(xiàn)。
半個(gè)多世紀(jì)人類對(duì)能量以及能量守恒研究的歷史，預(yù)示著人們把各分立的領(lǐng)域連成一體的時(shí)刻已經(jīng)到來，也就是到了建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的時(shí)候了。
一.探索能量守恒的足跡
復(fù)習(xí)回顧：你還記得機(jī)械能守恒定律嗎？
二、能量守恒定律
在力學(xué)中，當(dāng)系統(tǒng)只有重力和彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而動(dòng)能與勢能的總量保持不變，這就是機(jī)械能守恒定律。
在熱力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，做功和熱傳遞可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，即系統(tǒng)內(nèi)能與系統(tǒng)外的能量會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，但能的總量不會(huì)改變。
內(nèi)容：
能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。
意義：
能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的重大事件。恩格斯、把它與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。它是自然科學(xué)長期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果，是普遍、和諧、可靠的自然規(guī)律之一。
對(duì)能量守恒定律的理解
能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化
①各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等。
②各種形式的能，通過做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
對(duì)能量守恒定律的理解
守恒條件
與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。
討論：17 18世紀(jì)，許多人致力于制造一種機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功，史稱“第一類永動(dòng)機(jī)”。然而，為此目的的任何嘗試都失敗了。這是為什么呢？
歷史上一種永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)
總結(jié)：
在20世紀(jì)30年代初，奧地利物理學(xué)家泡利根據(jù)能量守恒定律語言了中微子。中微子是靜止質(zhì)量幾乎為0 的中性粒子。
恩格斯把能量守恒定律與細(xì)胞學(xué)說、生物進(jìn)化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。
三、永動(dòng)機(jī)不可能制成
正是因?yàn)樾▲嗩^部"飲水"后水不斷蒸發(fā)，吸收了察覺不到的空氣的熱量，重心不斷的轉(zhuǎn)移，才使小鴨能夠持續(xù)工作下去。
思考與討論
17～18世紀(jì)，許多人致力于制造一種機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功，史稱"第一類永動(dòng)機(jī)"。圖3.3-2展示了其中的一種設(shè)計(jì)。然而，為此目的的任何嘗試都失敗了。這是為什么呢
任何動(dòng)力機(jī)械的作用都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能
電能→機(jī)械能
永動(dòng)機(jī)的思想違背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
歷史上最著名的第一類永動(dòng)機(jī)是法國人亨內(nèi)考在十三世紀(jì)提出的“魔輪”,十五世紀(jì)，著名學(xué)者達(dá)芬奇也曾經(jīng)設(shè)計(jì)了 一個(gè)相同原理的類似裝置，1667年曾有 人將達(dá)芬奇的設(shè)計(jì)付諸實(shí)踐，制造了一 部直徑 5 米的龐大機(jī)械，但是這些裝置 經(jīng)過試驗(yàn)均以失敗告終。
1.第一類永動(dòng)機(jī)：不需要?jiǎng)恿蛉剂?，卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器
2.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成
違背了能量守恒定律
總結(jié)
1、永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)椋? ）
A.不符合機(jī)械能守恒定律
B.做功產(chǎn)生的熱量不符合熱功當(dāng)量
C.違背了熱力學(xué)第一定律
D. 找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案
C
2．第一類永動(dòng)機(jī)違反了什么而不能制成( )
A．違反了熱力學(xué)第一定律
B．違反了機(jī)械能守恒定律
C．違反了能量守恒定律
D．以上說法都不對(duì)
C
小試牛刀
3、下列有關(guān)能量的描述正確的是 (　　)
A.“又要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律
B.工作中的電風(fēng)扇,消耗的電能大于輸出的機(jī)械能,該過程能量不守恒
C.滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,動(dòng)能消失,能量不守恒
D.同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,質(zhì)量越大,勢能減少越快,機(jī)械能減少也越快
馬兒跑的時(shí)候需要消耗能量,而草能夠?yàn)轳R兒提供能量,因此“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,故A正確;工作中的電風(fēng)扇,消耗的電能大于輸出的機(jī)械能,損失的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,該過程能量仍守恒,故B錯(cuò)誤;滑塊在粗糙的水平面上減速滑行,最終停了下來,減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,能量守恒,故C錯(cuò)誤;同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,運(yùn)動(dòng)的快慢與質(zhì)量無關(guān),減少的勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,機(jī)械能不變,故D錯(cuò)誤。
解析：
A
小試牛刀
能量守恒定律
探索能量守恒的足跡
能量守恒定律
永動(dòng)機(jī)不可能制成

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