物理课件10能量守恒定律与能源

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1、10 能量守恒定律与能源 电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射 镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水 加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发 电机。l塔式太阳能热电站太阳能内能机械能电能雷电是大气 中的一种放电现 象。雷雨云在形 成过程中，一部 分积聚起正电荷 ，另一部分积聚 起负电荷，当这 些电荷积聚到一 定程度时，就产 生放电现象。打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光 ，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬 间升高万 2万摄氏度。 雷电电能 光能、 声能、 内能l光合作用光能 化学能在一定条件下，系统内的动能和势能

2、相互转化 ，但其和保持不变，即服从机械能守恒定律。当其它形式的能量如电能、内能、化学能 、光能等参与转化时，是否服从类似的规律呢 ？：内容提要一、能量守恒定律1.能量守恒定律确立的依据（1）能量的转化与转移（2）永动机不可能制成2.能量守恒定律的建立过程迈尔 焦耳 亥姆霍兹3.能量守恒定律的内容4.能量守恒定律的意义二、能源和能量耗散1.能源的分类2能源与社会发展3.为什么要节约能源 （1）能源短缺（2）环境恶化（3）能量耗散一 1（1）能量的转化电动机 电能 机械能发电机 机械能 电能一 1（1）能量的转化l焦耳定律Q=I Rtl电能 内能2 电能 光能 、内能一 1（1）能量的转化化学能

3、内能 机械能 水能（动能、重力势能）电能 一 1（1）能量的转化水果电池 化学能 电能机械能 内能一 1 （1）能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中 内能：鸡蛋 凉水动能：风 帆船一 1（1）能量的转化 两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动， 碰撞后粘在一块。并静止在地面上 ？动能 内能一 1（2）什么是永动机l蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗 电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却 可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被 称为永动机。l 据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人， 他每天被迫干好多活，终于有一天， 这个可怜的年轻人厌倦了 这种生活，他

4、就想 ：有没有一种机器可以代替我干活呢? 它 只干活不休息，也不需要什么能量 ，要是有的话就太好了据说这个就是最早的关于永动机的想法 。这个思想的火 花在1200年前从印度出发， 传到了伊斯兰教世界， 并传到了 西方。大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出 用磁石的吸力可以实现永动机 。他的设计如图所示，A是一个 磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜 面滚上去，滚到上端的E处，从 小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以 沿螺旋途径连续运动下去。一 1（2）永动机的梦想一 1（2）永动机的梦想上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？

5、一 1（2）永动机梦想的破灭此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细 管子的毛细作用、 电磁力、流水等获得有效动 力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失 败了层出不穷的永动机设计方案，都在科学的 严格审查和实践的无情检验下一一失败了。 1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审 查有关永动机的一切设计”。一 1（2）永动机的启示制造永动机的美好梦想虽然破灭 了，但是，反思这一失败的探索过程 ，它从反面给人类以启迪：永动机不 可能制成，是不是说明自然界存在着 一条法则，它使我们不可能无中生有 地获得能量？也就是说自然界各种能 量之间存在着一定的转化关系。迈尔在1814年11月25日生于德 国。

6、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。 一 2. 能量守恒定律的建立过程 迈尔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(18141878)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。迈尔认为人的血液之所以是 红的是因为里面含有氧

7、，而食物中含有化学能，被氧化时像机 械能一样可以转化为热，维持人的体温。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。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。一 2. 能量守恒定律的建立过程 焦耳英国物理学家。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

8、化学、物理。他很 喜欢电学和磁学，对实验特别感 兴趣。后来成为英国曼彻斯特的 一位酿酒师和业余科学家。焦耳（18181889 ）l 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18401878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。亥姆霍兹（18211894），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

9、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。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于 能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理 。一 2. 能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹一 3 能量守恒定律的内容l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别的形式，或者从一个物 体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其 总量不变 。l某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增 加，且减少量和增加量一定相等某个物体的 能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且 减少量和增加量一定相等。一 4 能量守恒定律的意义l能量守恒定律同生物进化

10、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。l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。l自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定 律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能 实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。l机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。l在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度 降低，是否可行？为什么？l不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能 最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降 反升。能源的分类l能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源l能源可分为常规能源和新能源两类l常规能源：煤、石油和天然气等新能源太阳能新能源

11、风能 新疆达坂 风力发电 厂新能源水能 三峡水电站新能源核能 深圳大亚湾核电站 新能源西藏羊八井地热电站 温泉地热能二 2 人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期出现年代：五 六十万年前火的使用是人 类在能源利用 上的第一个里 程碑，它使人 类脱离了茹毛 饮血的时代。二 2 人类对能源的利用经过了三个时期煤炭时期出现年代： 2000年前蒸汽机的广泛 使用，带动了 工业革命和资 本主义社会的 成长。二 2 人类对能源的利用经过了三个时期石油时期 出现年代：19世纪80年代内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机 械化和电气化进程。二 3（1）能源短缺l2004年世界能源统计年鉴的最新数据

12、显示，世 界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采41年； 全球天然气储量为176万亿立方米，仅供开采63 年。日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭 埋藏量10316亿吨，可开采231年。 二 3（2）环境恶化温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄两极冰山融化 二 3（2）环境恶化汽车的尾气二 3（2）环境恶化化石燃料 (煤和燃油) 的燃烧空中死神酸雨 二 3（2）环境恶化大气污染燃料的化学能一部 分转化为食物的内 能，最终都转化为 周围环境的内能。二 3（3）能量耗散能量耗散表明，在能源的利用过程中 ，即在能量的转化过程中，能量在数量上 并未减少，但在可利用的品质上却降低了 ，从便于利用变成不便于利用的了，这是 能源危机更深层次的含义，也是“自然界 的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的 根本原因。