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1、能量守恒定律能量守恒定律1.能量守恒定律的建立过程能量恒定律是建立在自然科学发展的基础上的，从16 世纪到18世 纪，经过伽利略、牛顿、惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等许多物理 学家的认真研究，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想，在这一时期已经萌发。18世纪末和 19 世纪初，各种自然现象之间联系相继被发现，伦福德和戴维的 摩擦生热实验否定了热质说，把物体内能的变化与机械运动联系起来。1800 年发明伏打电池之后不久，又发现了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象。这一时期，电流的化 学效应也被发现，并被用来进行电镀。在生物学界，证明了动物维持体温和进行机械活动的 能量跟它所
2、摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就，为建立能量守恒定律作了必要 的准备。能量守恒定律的最后确定，是在19 世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成。德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的。1842 年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念出发，表达了能量转化和守恒思想，他分析了25 种能量的转化和守恒现象，成为 世界上最先阐述能量守恒思想的人。英国物理学家焦耳在1840年到1878 年将近40年的时 间里，研究了电流的热效应，压缩空气的温度升高以及电、化学和机械作用之间的联系，做 了 400 多次实验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了 坚实的实验
3、基础。在 1847 年，当焦耳宣布他的能量观点的时候，德国学者亥姆霍迪南德冯亥姆霍兹兹在柏林也宣读了同样课题的论文，在这篇论文里，他分析了化学(H1821 - 1894 )德能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机国物理学家、数学不可能制造成功联系起来，他认为不可能无中生有地创造一个永久家、生理学家、心理的推动力，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量。亥姆霍兹在学家。1847年他在德论文里对能量守恒定律作了一个清晰、全面而且概括的论述，使这一定律为人们广泛接受。国物理学会发表了在 19 世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒的研究。他们从不同关于力的守恒讲演，的角度
4、出发，彼此独立地研究，却几乎同样发现了这一伟大的定律，第一次以数学方式因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果。此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的提出能量守恒定律一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示，当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能 量始终不变，恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的基本规律”，认为它的发现是19 世纪自然科
5、学的三大发现之一（另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论）。能量守恒定律：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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2 能量耗散既然能量是守恒的，不可消灭，为什么我们还要节约能源呢？打碎的镜子不可能自动复原成 原来完好的样子，冒起的煤烟和散开的炭灰不可能自发的重新组合成一堆煤炭。类似的，自 然界中自发的能量转化和转移也具有某种方向性。比如在与热现象有关的能量转化过程就是 具有方向性的。例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能自发的全 部转化成机械能。这种现象叫做能量的耗散，
6、在能源的利用过程中，及在能量的转化过程中， 能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。典例精讲【例2.1 （2019春昌平区期末）北京时间2019年4月10日21时，在全球七大城市同时 发布由“事件视界望远镜”观测到位于室女A星系（M87）中央的超大质量黑洞照片，如 图（甲）所示。宇宙中的天体在不断向外辐射电磁波，人们利用射电望远镜收集来自天体的 电磁波进行观测，如图（乙）所示。天体甲距地球1万光年，M87的黑洞距离地球5500万 光年，假设天体甲和M87的黑洞辐射功率相同，忽略电磁波在传播过程中的损耗，用一架 射电望远镜接收到甲发出的电磁波功率为P,则该
7、望远镜接收到的来自M87的黑洞发出的 电磁波功率为（ ）A. 亠卩B. C. 5500P,D. 55002P,5500 1 55002 1 1 1【例2.2 （2017广东模拟）关于家用电器工作时发生能量转化的描述，下列说法正确的是（）A. 电饭煲将内能转化为电能B. 电熨斗将机械能转化为电能C. 手摇发电机将机械能转化为电能D. 电吹风将机械能转化为电能【例2.3 （2007广东）如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高.关于这个实验，下列说法正确的是（ ）A.这个装置可测定热功当量B. 做功增加了水的热量C. 做功增加了水的内能D.
8、 功和热量是完全等价的，无区别【例24】（2018峨山县校级模拟）下列说法正确的是（）A. 凡是不违背能量守恒定律的实验构想，都是能够实现的B. 做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，这表明要使物体的内能发生变化，既可以 通过做功来实现，也可以通过热传递来实现C. 保持气体的质量和体积不变，当温度升高时，每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多D. 温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大E. 在水池中，一个气泡从池底浮起，此过程可认为气泡的温度不变，气泡内气体为理想气 体，则外界对气泡做正功，同时气泡吸热【例2.5 （2016河南模拟）下列说法中正确的是（）A. 满足
9、能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的B. 熵是物体内分子运动无序程度的量度C. 若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽 的质量减少，密度不变D. 当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小E. 当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大【例2.6 （2014春南雄市校级期末）如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射 入木块中，射入深度为d,平均阻力为f,设木块滑行距离为s时开始匀速前进，下列判断 正确的是（ ）A. 子弹损失的动能等于fdB. 子弹损失的动能等于f （s+d）C. 总机械能的损失等于fsD. 总机
10、械能的损失等于fd【例2.7 （2017南通模拟）如图所示，一物体质量m = 2kg,在倾角9 =37。的斜面上的A 点以初速度v = 3m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB = 4m，当物体到达B后将弹簧压缩 到C点，最大压缩量BC = 0.2m,然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D点，D点距 A点AD = 3m，挡板及弹簧质量不计，g取10m/s2求：(1) 物体与斜面间的动摩擦因数卩；(2)弹簧的最大弹性势能E 。pm例2.8】(2015德州一模)如图所示，一块足够长的木板C质量为2m,放在光滑的水平面 上，在木板上自左向右放有A、B两个完全相同的炭块(在木板上滑行时能留下痕迹)
11、，两炭 块质量均为m,与木板间的动摩擦因数均为卩，开始时木板静止不动，A、B两炭块的初速 度分别为v、2v，方向如图所示，A、B两炭块相距足够远.求：(1) 木板的最终速度；(2) A、 B 两炭块在木板上所留痕迹的长度之和.【例2.9 (2013秋西城区期末)如图所示，一个倾角0 =45的斜面固定于水平地面上,斜面顶端距水平地面的高度h=1m，斜面底端有一垂直于斜面的固定挡板.一个质量m=1kg 的小物块(可视为质点)自斜面顶端从静止开始向下滑动,到达斜面底端时与挡板碰撞,假 设小物块与挡板碰撞过程中无机械能损失已知小物块与斜面之间的动摩擦因数卩=0.2.重力加速度 g= 10m/s2.(1
12、) 求小物块沿斜面下滑时的加速度大小a;(2) 求小物块第一次与挡板碰撞前的速度大小v;(3) 小物块最终停在挡板上，求整个过程中由于摩擦而产生的热量Q.【例2.10 (2015德阳模拟)如图所示，在半径为r=10cm的轮轴上悬挂一个质量为M=3kg的水桶，轴上分布着6根手柄，柄端有6个质量为m = 0.5kg的金属小球球离轴心的距离 为L = 50cm，轮轴、绳及手柄的质量以及摩擦均不计.开始时水桶在离地面某高度处，释放 后水桶带动整个装置转动，当转动n (未知量)周时，测得金属小球的线速度V = 5m/s，此 时水桶还未到达地面，g=10m/s2，求：(1) 转动n周时，水桶重力做功的功率P;(2) n的数值.
