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1、能量守恒定律学习目标 1.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律。2.会用能量守恒定律分析解决有关问题。3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。思维导图问题引入：让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，它会慢慢俯下身去，再喝一口，然后又会直立起来，如此循环往复这种“饮水小鸭“玩具是一架永动机吗？一、探索能量守恒的足迹1.人类对能量的认识n 能量具有不同的形式；机械能、化学能、热能、电能、光能、磁场能、电场能n 不同形式的能量间可以发生转化动能定理、机械能守恒、热力学第一定律45永动机机械运动(力学)电磁学化学、生物学热学哲学达芬奇(1500)斯蒂芬(
2、1600)法国科学院(1775)伽利略(单摆,1600)牛顿(1681)杨(能)(1801)彭斯勒(功)(1829)惠更斯(碰撞)(1678)笛卡尔(动量守恒)(1640)塞贝克(温差电，1821)法拉第(电磁感应,1831)(磁光效应,1845)1840电流热效应拉瓦锡(豚鼠,1794)赫斯(1836)焦耳热功当量1843-1878开尔文(1851)伦福德(镗孔,1798)卡诺蒸汽机1824迈尔生物热1842-45赫姆霍兹力的守恒1847克劳修斯 热力学第一定律1850运动不灭思想 笛卡尔 康德 哲学(1781)黑格尔(相互联系和转化)戴维(磨冰1799)2.能量守恒观念的形成能量守恒思想的
3、萌芽和产生经历复杂的探索过程，不同领域的科学家从不同角度均提出能量守恒的思想。俄国化学家盖斯发现化学反应过程中的热量与反应过程无关；焦耳的热功当量实验；6复习回顾：你还记得机械能守恒定律吗？二、能量守恒定律在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。在热力学领域内，做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。内容：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。意义：能量守恒定
4、律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯、把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一。对能量守恒定律的理解能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。各种形式的能，通过做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。对能量守恒定律的理解守恒条件与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切
5、自然现象都遵守的基本规律。讨论：1718世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？历史上一种永动机的设计 任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。三.永动机不可能制成制造永动机的千万次失败使人们的头脑冷静下来，开始在更深层次寻找失败的原因。1775 年法国科学院宣布“不再审查有关永动机的一切设计”。1
6、.第一类永动机：不需要动力或燃料，却能源源不断对外做功的机器2.第一类永动机不可能制成：违背能量守恒定律实例引导 例1 如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳拉紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡状态。经过此过程()A.Ep全部转换为气体的内能B.Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能C.Ep全部转换成活塞的重力势能和
7、气体的内能D.Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能解析当绳子突然断开时,活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F共同作用,其合力向上,经多次往复运动后活塞静止时,活塞处于三力平衡状态,气体体积必减小,外力对气体做正功,由于容器绝热,气体的内能增加,而活塞最终的静止位置比初始位置高,其重力势能增加,最终弹力与另外两个力的合力平衡,弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep,由能量守恒定律得Ep=Ep+活塞增加的重力势能+气体增加的内能,所以D选项正确。答案D规律方法应用能量守恒定律解题的方法步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、
8、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。(2)分别写出减少的能量 E减和增加的能量 E增的表达式。(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程:E减=E增。某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量与增加量一定相等。某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定相等。(4)代入数据,计算结果。课堂练习：1.如图所示,直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体(A、B两部分体积等大),A的密度小,B的密度大,加热气体,并取出隔板使两部分气体混合均匀,设此过程中气体吸热为Q,气体内能的增量为 U,则()A.U=Q B.UQ D.无法比较解析因A部分气体密度小,B部分气体密度大,以整体为研究对象,开始时,气体的重心在中线以下,混合均匀后,气体的重心在中线上,所以有重力做负功,使气体的重力势能增大,由能量守恒定律可知,吸收的热量Q有一部分转化为气体的重力势能,另一部分转化为内能。故正确答案为B。答案B课堂小结一、探索能量守恒定律1.人类对能量的认识能量具有不同的形式；不同形式的能量之间是可以相互转化的。2.能量守恒观念的形成二、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其他形式，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。三、永动机不可能制成第一类永动机违背能量转化和守恒定律。