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1、能量守恒定律与能源五家渠高级中学五家渠高级中学 周海山周海山1、能量的概念、能量的概念一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。能量。2.能量的多样性能量的多样性 对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的 机械能对应机械运动，内能（热能）对应大量微观机械能对应机械运动，内能（热能）对应大量微观 粒子的热运动粒子的热运动.我们熟知的能量形式：我们熟知的能量形式：机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、原子能等原子能等一、能量一、能量各种形式的是可以相互转化的
2、 食物具有化食物具有化学能，我们的身学能，我们的身体把这种化学能体把这种化学能转化成为维持生转化成为维持生命所必须的内能、命所必须的内能、生物能和机械能。生物能和机械能。各种形式的是可以相互转化的风能转化为电能风能转化为电能各种形式的是可以相互转化的重力势能重力势能 动能动能 电能电能各种形式的是可以相互转化的电能转化为内能电能转化为内能各种形式的是可以相互转化的电能转化为机械能和内能电能转化为机械能和内能各种形式的是可以相互转化的光能光能 化学能化学能光合作用光合作用各种形式的是可以相互转化的内燃机车：内能转化机械能内燃机车：内能转化机械能3、能的转化、能的转化不同形式的能量之间的转化是通过
3、不同形式的能量之间的转化是通过做功做功实现的。实现的。不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。转化，而且在转化过程中总量保持不变。4.功是能量转化的量度功是能量转化的量度重力做功：重力势能和其他能相互转化重力做功：重力势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化合外力做功：动能和其他能相互转化合外力做功：动能和其他能相互转化5.能量守恒定律能量守恒定律内容：内容：能量既不可会凭空产生，也不会凭空能量既不可会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他消失，它只会从
4、一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变的总量保持不变定律的表达式定律的表达式 E初初E终终 ；E增增E减减1、导致能量守恒定律最后确立的两类重要事、导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么实是什么? 确立了永动机的不可能性和发现了各种自确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化然现象之间的相互联系与转化 6、能量守恒定律建立的过程、能量守恒定律建立的过程 第一类永动机是最古老的永动机第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机概念，这一类永动机试图
5、以机械的手段试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量外界输出能量。历史上最著名的第一类。历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的的“魔轮魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动
6、魔中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮永远转动下去，对外源源不断做功。轮永远转动下去，对外源源不断做功。“磨轮磨轮”永动机（第一类永动机）永动机（第一类永动机）第一类永动机：不消耗任何能量又能源源不断向外输出能量的机械。第一类永动机：不消耗任何能量又能源源不断向外输出能量的机械。第一类永动机不能制成，违反了能量守恒定律。第一类永动机不能制成，违反了能量守恒定律。2、能量守恒定律是一个人发现的吗、能量守恒定律是一个人发现的吗? 能量守恒定律不是一个人发现的，到了能量守恒定律不是一个人发现的，到了19世纪世纪40年代前年代前后科学界已经形成一种思想氛围，即用联系的观点去观察后科学界已经形成一种思想
7、氛围，即用联系的观点去观察自然，各种不同能量可以相互转化，这预示着，到了把分立自然，各种不同能量可以相互转化，这预示着，到了把分立环节连成一体的时候了，也就是到了建立能量转化与守恒定环节连成一体的时候了，也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同律的时候了，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独立提出了能量守恒定律的内容：能量既不会的方式，各自独立提出了能量守恒定律的内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外一个物体而在转化和转移的过程者从
8、一个物体转移到另外一个物体而在转化和转移的过程中能量的总和保持不变中能量的总和保持不变 对能量守恒定律贡献比较大的科学家有：德国物理学家对能量守恒定律贡献比较大的科学家有：德国物理学家和医生和医生迈尔迈尔，英国物理学家，英国物理学家焦耳焦耳，德国物理和生理学家，德国物理和生理学家亥姆亥姆霍兹霍兹等人。等人。 7.能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义v能量守恒定律能量守恒定律同同生物进化论、细胞的发现生物进化论、细胞的发现被恩被恩格斯誉为格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。世纪的三个最伟大的科学发现。v能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是
9、自然科学的起来的，是自然科学的普遍规律普遍规律之一。之一。v自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定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律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如实现的，例如“永动机永动机”只能以失败而告终。只能以失败而告终。v机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。思考与讨论既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？二、能源和能量耗散二、能源和能量耗散 然料燃烧时一旦把自己的热量释放然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人出去，它就不会再次自动聚集起来
10、供人类重新利用，电池中的化学能转化为电类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用这种现象叫做重新利用这种现象叫做能量的耗散能量的耗散能量的耗散能量的耗散1.能量耗散能量耗散 能能量量耗耗散散表表明明，在在能能源源的的利利用用过过程程中中，即即在在能能量量的的转转化化过过程程中中，能能量量在在数数量量上上并并未未减减少少，但但在在可可利利用用的的品品质质上上却却降降低低了了，从从便于利用便于利用
11、变成变成不便于利用不便于利用的了。的了。 这这是是能能源源危危机机更更深深层层次次的的含含义义，也也是是“自自然然界界的的能能量量虽虽然然守守恒，但还是要节约能源恒，但还是要节约能源”的根本原因。的根本原因。 能量的耗散从能量的转化的角度反映出能量的耗散从能量的转化的角度反映出自然界中宏观过程的自然界中宏观过程的方向性方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。条件的，也是有代价的。热量总是自发地从高温物热量总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不体向低温物体转移，而不会自发的由低温物体向高会自发的由低温物体向
12、高温物体转移。温物体转移。机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化。热机的效率不可1000/0。例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过通过发动机散热系统排除，发动机散热系统排除，370/0直接由排气管排出，有直接由排气管排出，有260/0变为变为发动机输出的机械能发动机输出的机械能2.能源的分类能源的分类v能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源v能源可分为能源可分为常规能源常规能源和和新能源新能源两类两类v常规能源：煤、石油和天然气等常规能源：煤、石油和天然气等v新能源特点：绿色、低碳、节能环保新能源特点：绿色、低碳、节能环保新能源新能源太太阳阳能能新能源新能源风风能能 新新疆疆达达坂坂 风风力力发发电电厂厂新能源新能源水水能能 三三峡峡水水电电站站新能源新能源核核能能 深深圳圳大大亚亚湾湾核核电电站站
