710能量守恒定律与能源-2课件.ppt

1、10 能量守恒定律与能源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。电机。l塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站太阳能太阳能内能内能机械能机械能电能电能 雷电是大气雷电是大气中的一种放电现中的一种放电现象。雷雨云在形象。雷雨云在形成过程中，一部成过程中，一部分积聚起正电荷，分积聚起正电荷，另一部分积聚起另一部

2、分积聚起负电荷，当这些负电荷，当这些电荷积聚到一定电荷积聚到一定程度时，就产生程度时，就产生放电现象。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，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高万 2万摄氏度。万摄氏度。雷电雷电电能电能 光能、光能、声能、声能、内能内能l光合作用光合作用 光能光能 化学能化学能 在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从但其和保持不变，即服从机械能守恒定律机械

3、能守恒定律。当其它形式的能量如电能、内能、化学能、当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否服从光能等参与转化时，是否服从类似的规律类似的规律呢？呢？：一一 1（1）能量的转化能量的转化电动机电动机 电能电能 机械能机械能发电机发电机 机械能机械能 电能电能一一 1（1）能量的转化）能量的转化l焦耳定律焦耳定律Q=I Rtl电能电能 内能内能2 电能电能 光能光能、内能内能一一 1（1）能量的转化）能量的转化化学能化学能 内能内能 机械能机械能 水能（动能、重力势能）水能（动能、重力势能）电能电能 一一 1（1）能量的转化）能量的转化水果电池水果电池化学能化学能 电能电能机械

4、能机械能 内能内能一一 1（1）能量的转移）能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋内能：鸡蛋 凉水凉水动能：风动能：风 帆船帆船一一 1（2）什么是永动机）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。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，据说很久很久以前，在印度有一个被地主压

5、迫的可怜人，他每天被迫干好多活他每天被迫干好多活，终于有一天，终于有一天，这个可怜的年轻人厌倦了这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想这种生活，他就想：有没有一种机器可以代替我干活呢：有没有一种机器可以代替我干活呢?它它只干活不休息，也不需要什么能量只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的话就太好了，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据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个思想的火。这个思想的火 花在花在1200年前从印度出发，年前从印度出发，传到了伊斯兰教世界，传到了伊斯兰教世界，并传到了并传到了西方。西方。大约在大约在1570年，意大利有一年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔

6、斯，提出用磁位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，设计如图所示，A是一个磁石，是一个磁石，铁球铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的去，滚到上端的E处，从小洞处，从小洞B落落下，经曲面下，经曲面BFC返回，复又被磁返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。连续运动下去。一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想 上世纪上世纪20年代德国的一张明信片年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？

7、想想看这个永动机为什么不行？一一 1（2）永动机梦想的破灭）永动机梦想的破灭 此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、子的毛细作用、电磁力、流水等获得有效动力的电磁力、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。格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，年，法国科学院宣布法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计动机的一切设计”。一

8、一 1（2）永动机的启示）永动机的启示 制造永动机的美好梦想虽然破灭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，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。之间存在着一定的转化关系。迈尔在迈尔在1814年年11月月25日生于德国。日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，他的父亲是位药剂师。少年时代的迈

9、尔，经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。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。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。岁的迈尔正式在汉堡开业行医。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 迈尔迈尔 1840到到1841年初，迈尔在一艘海年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程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。的途径得出能量守恒的结论的起点。迈尔迈尔(18141878)1840年年2月月22日，迈尔跟着船队来到印度

10、尼西亚，当时很多日，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人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而为里面含有氧，而食物中含有化学能，被氧化时像机械能一样可食物中含有化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热以转化为热，维持人的体温。，维持人的体温。在热带高温情况下，在热带高温情况下，人要维持

11、体温，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，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，因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为，热能、化学能、机热能、化学能、机械能都是等价的，而且是可以相互转化的。械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从年迈尔从“无无不生有，有不变无不生有，有不变无”和和“原因等于结果原因等于结果”的观念出发，表述了物的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力理、化学过程中各种力(能能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上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。第一

12、个提出能量守恒定律的人。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 焦耳焦耳 英国物理学家。英国物理学家。1818年年12月月24日生于索尔福。他父亲是酿酒日生于索尔福。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，并利用学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。一位酿酒师和业余科学家。焦耳（焦耳（18181889）l1840年，他发现将通年，他发现将通电的金属丝

13、放入水中，水电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试会发热，通过精密的测试，焦耳发现了电热之间的关焦耳发现了电热之间的关系焦耳定律。系焦耳定律。焦耳从焦耳从18401878年近年近40年的时间里，研究了电流的热年的时间里，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，他做了之间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。定了坚实的实验基础。亥姆霍兹亥姆霍兹（18211894），德国），德国物理学家和生理学家物理学家和生理学家。1821年年10月月3

14、1日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。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中学毕业后在军队服役8年，取得公费年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院进入在柏林的皇家医学科学院，并柏林并柏林大学旁听。大学旁听。1842年获医学博士学位后，年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。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年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关关于能量的守恒于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理能量守恒原理。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹

15、亥姆霍兹一一 3 能量守恒定律的内容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移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变变。l某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增加，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。增加量一定相等。

16、一一 4 能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义l能量守恒定律能量守恒定律同同生物进化论生物进化论、细胞的发现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。l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。l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。l机械能守

17、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。练习练习l在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？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。终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。能源的分类能源的分类l能源：凡是能够提供可利用能量的能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源物质统称为能源l能源可分为常规能源和新能源两类能源可分为常规能源和新能源两类l常规能源：煤、石油和天然气等常规能源：煤、石油

18、和天然气等新能源新能源太阳能太阳能新能源新能源风能风能 新疆达坂新疆达坂 风力发电风力发电厂厂新能源新能源水能水能 三峡水电站三峡水电站新能源新能源核能核能 深圳大亚湾核电站深圳大亚湾核电站 二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期煤炭时期煤炭时期出现年代出现年代：2000年前年前蒸汽机的广泛蒸汽机的广泛使用，带动了使用，带动了工业革命和资工业革命和资本主义社会的本主义社会的成长。成长。二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期石油时期石油时期 出现年代：出现年代：19世纪世纪80年代年代内燃机的发展推动了内燃机的发展推动了19世纪末，

19、世纪末，20世纪初开始的机世纪初开始的机械化和电气化进程。械化和电气化进程。21世纪人类正由“石油能源时代逐步向多能源时代”过渡 二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，燃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类重新利它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，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，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重新利用这种现象叫做能量耗散与能量守恒是否矛盾，能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解该怎样理解?能量耗散和能量守恒并不矛盾

20、，能量耗能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少但转化过程中，能量在数量上并没有减少但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。不便于利用了。这是节约能源的根本原因这是节约能源的根本原因 内能总是自发地从高温内能总是自发地从高温物体向低温物体转移物体向低温物体转移而不会自发的由低温物而不会自发的由低温物体向高温物体转移体向高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能1000/0（第二类永动机不可

21、能存在）（第二类永动机不可能存在）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出，发动机散热系统排出，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 能量的耗散从能量转化的角度反映能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。出自然界中宏观过程的方向性。正是因为能量转化的方向性，能量正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的的利用是有条件的，也是有代价的 通过以上

22、分析我们知道了：通过以上分析我们知道了：1.WG=E重重3.W合合=E动动2.W弹弹=E弹弹 4.其它力做的功（重力、弹力其它力做的功（重力、弹力以外的力）与机械能的变化之间以外的力）与机械能的变化之间的关系：的关系：EW 其其它它力学领域中功能关系的主要形式有力学领域中功能关系的主要形式有功能关系功能原理 除了重力和弹力外，其他力对物体系所做的功等于物体系机械能的变化 当当W其其0时，时，E0，机械能增加，机械能增加 当当W其其0时，时，E0，机械能减少，机械能减少 21EEE w其 5.系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即E 内=QFS相