資源簡介

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第四章 能源與可持續發展
第1節 能量 能量守恒定律
教學目標
新課引入
歷史上有很多人挖空心思想發明一種不消耗能量，卻能不斷對外做功的機器—永動機
魔輪永動機
滾珠永動機
磁力永動機
阿基米德螺旋永動機
水塔式永動機
軟臂永動機
你認為永動機可能制成嗎？
你聽說過永動機嗎？
一、機械能的守恒與不守恒
交流與討論：
1.系統機械能守恒的條件是什么？
2.弓箭的機械能最終哪里去了？
3.落石的機械能哪里去了？
只有重力或彈力做功
轉化為其他形式的能
轉化為其他形式的能
1.條件：只有重力或彈力做功。
2.其他力：①系統以外的物體對系統內物體的作用力。
②系統內物體間除重力或彈力外的其他相互作用力，（如滑動摩擦力）。
如果還有其他力做功，系統機械能不守恒。
3.其他力做正功，系統機械能增加；其他力做負功，系統機械能減少。
4.如果一個系統內有其他內力（如滑動摩擦力）做功，系統機械能減少量等于所生成的熱量。
1.根據研究對象劃分
力學研究宏觀物體的運動
二、能量的分類
機械能
熱學研究微觀粒子組成的熱力學系統
內能（分子動能和分子勢能）
電磁學主要研究電場、磁場及其與電荷、電流的相互作用
電磁能
2.根據學科領域
太陽能
化學能
電能
風能
熱能
潮汐能
地熱能
核能
能量守恒定律的歷史發展過程
科學家們一直在關注自然現象之間的普遍聯系
1801年 戴維發現電流的化學效應（電和化學的聯系）
1820年 奧斯特發現電流的磁效應（電和磁的聯系）
1821年 塞貝克發現溫差電現象（熱和電的聯系）
1831年 法拉第發現電磁感應現象（電和磁的聯系）
三、能量守恒定律
1840年 焦耳發現電流的熱效應（電和熱的聯系）
1842年 邁爾表述了能量守恒定律，并計算出熱功當量的數值（力和熱）
1843年 焦耳測定了熱功當量的數值（力和熱的聯系）
1847年 亥姆霍茲在理論上概括和總結能量守恒定律
……
使得能量守恒定律最后確立的兩類重要事實是：
①確認了永動機的不可能性
②發現了各種自然現象之間的相互聯系與轉化
歷史上關于能量守恒定律的確定，邁爾、焦耳、亥姆霍茲的工作最有成效
邁爾
焦耳
亥姆霍茲
表述了能量守恒定律，并計算出熱功當量的數值（力和熱的聯系）
測定了熱功當量的數值（力和熱的聯系）
在理論上概括和總結能量守恒定律
在能量守恒定律發現之后，曾有人懷疑某種過程“能量不守恒”。但是，進一步研究又發現，原來是漏掉了人類尚不認識的一種新形式的能量。如果把這種新形式的能量計算在內，總能量依然守恒。
能量守恒定律經受住了新的檢驗
1.內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或從一個物體轉移到另一個物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。
2.意義：①是整個自然科學的基本規律，是19世紀自然科學的三個偉大發現之一。
②永動機之所以不可能成功，就在于它違背了這條基本規律，企圖不消耗任何能量而做功。
典例分析
【例1】對能量的認識，下列說法正確的是（ ）
A.新能源汽車不需要任何能量
B.只有化學變化才有能量的轉化
C.燃燒，只將化學能轉化為熱能
D.植物的光合作用將太陽能轉化為化學能
【分析】根據能量守恒定律可知，能量的轉化過程中能量的形式發生變化，但總能量不變。
【解析】A、新能源汽車的驅動需要汽車配備的新能源，需要能量，故A錯誤；B、在物理變化過程中也有能量變化，如濃硫酸溶于水放出大量的熱量，故B錯誤；C、因在燃燒時可能伴隨有發光、發熱現象，則燃燒中化學能也會轉化為光能，故C錯誤；D、植物光合作用，是利用太陽能來實現化學反應的，是太陽能轉化為化學能，故D正確；故選D。
【例2】(多選)能的轉化和守恒定律的認識正確的是（ ）
A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加
B.某個物體的能減少，必然有其他物體的能增加
C.不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器――永動機是不可能制成的
D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了
【分析】能量的轉化和守恒定律是指能量在轉化和轉移中總量保持不變；但能量會從一種形式轉化為其他形式。
【解析】A、根據能量守恒定律得知，某種形式的能減少，其它形式的能一定增加，故A正確；B、某個物體的總能量減少，根據能量守恒定律得知，必然有其它物體的能量增加，故B正確；C、不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器―永動機，違反了能量的轉化和守恒定律，不可能制成的，故C正確；D、石子在運動和碰撞中機械能轉化為了物體及周圍物體的內能，能量并沒有消失；故D錯誤；故選：ABC。
【例3】(多選)如圖所示，質量為M的木塊放在光滑的水平面上，質量為m的子彈以速度v0水平射中木塊，并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運動。已知當子彈相對木塊靜止時，木塊前進距離L，子彈進入木塊的深度為s。若木塊對子彈的阻力f 視為恒定，則在此過程中產生的熱量( )
CD
解：分別對子彈、木塊由動能定理分析
對子彈
對木塊
聯立得
由能量守恒和轉化得
f
f '
相對位移
1.機械能的守恒與不守恒
2.能量的分類
3.能量守恒定律
①按研究對象分
②按學科領域分
課堂小結
①系統機械能守恒條件
②有其他力做正功，機械能增加，做負功，機械能減少
如圖所示，質量為m 的物體（可視為質點）以某一初速度由底端沖上傾角為30°的固定斜面，上升的最大高度為h，其加速度大小為g，在這個過程中有關該物體的說法中正確的是（ ）
A．重力勢能增加了mgh
B．動能損失了mgh
C．動能損失了
D．機械能損失了
跟蹤練習
A
謝謝
大家

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